μC／OS―III對信號量的改進

摘要：μC／OS-III是對μC／OS-II的重大改進，增加了許多新的特性。在信號量的使用上，μC／OS—III增加了一些可選的參數，提高了使用的靈活性；新增了任務內嵌的信號量，可以更高效地和任務進行通信。本文分析對比μC／OS—II和μC／OS—III中信號量內部結構的差異及新增的特性。
關鍵詞：μC／OS—III；信號量；實時操作系統

引言
μC／OS是一個基于優先級調度的可剝奪型實時多任務內核。在多任務的實時內核中，信號量是常用的機制，可以用來實現對共享資源的訪問、任務之間的通信和同步，以及任務和中斷的同步等功能。μC／OS—II中提供了等待和釋放信號量等最基本的服務，而在μC／OS—III中，對信號量的使用增加了一些可選的模式，如非阻塞等待、釋放但不進行任務調度等，提高了使用的靈活性。更重要的是，在μC／OS—III中還新增了任務內嵌的信號量，用戶程序無需建立信號量便可和任務直接通信，比普通信號量更加簡單高效。本文將分析對比μC／OS—II和μC／OS—III中信號量內部結構的差異以及μC／OS—III新增的特性。

1 μC／OS—II中信號量內部結構
在μC／OS—II中，信號量直接使用內核的數據結構OS EVENT，其內部結構如下：


其中，和信號量相關的最重要的就是OSEventCnt、OSEventGrp和OSEventTbl[]。OSEventCnt記錄的是信號量的有效值。OSEventTbl[]是一個位映射表，以64級優先級為例，OSEventTbl[]將是一個8×8的位映射表，如果某優先級下有任務在等待該事件，則OSEventTbl[]中對應的位將被置1。為了加快查詢過程，又將64級優先級分為8組，用一個8位的整型OSEventGrp來記錄每一組的狀態。可見，OSEventGrp和OSEve ntTbl[]跟就緒表中的OSRdyGrp和OSRdyTbl[]結構是一模一樣的，區別僅僅在于前者記錄的是等待該事件的任務的狀態，而后者記錄的是系統中就緒的任務的狀態。而兩者的查找過程是一樣的，都是通過“掩碼表”來快速得到列表中優先級最高的任務。
μC／OS—II提供的信號量相關的最常用的幾個API函數如下：

在使用信號量前必須先新建一個信號量，并指定其初始值。當信號量用于對共享資源的訪問時，該值應初始化為實際可用的共享資源數；當信號量用來實現任務的同步，則初始值應設為0。調用等待信號量的OSSemPend()函數時可以指定超時選項timeout，在指定的時間內如果沒有獲得信號量則任務會超時返回。釋放信號量時，如果有任務在等待，內核會通過查找OSEventGrp和OSEventTbl[]獲得等待任務中優先級最高的任務，該任務將獲得信號量從而轉入就緒態，內核會進行任務調度。如果獲得信號量的任務比正在執行的任務優先級還高，則會進行任務切換。

2 μC／OS-Ⅲ中信號量內部結構
在μC／OS—III中，信號量類型的結構有所變化，并沒有和μC／OS—II一樣繼續采用和“就緒表”類似的結構，而是采用一個“等待列表”的數據結構來記錄等待信號量的任務。其數據結構如下：

從上述結構可以看出，μC／OS—III的信號量結構中新增了一個時間戳TS，用來記錄最近一次釋放信號量(或者是取消等待、刪除信號量)的時間。而等待信號量的任務列表則通過一個新的數據結構OS_PEND_LIST來記錄，如圖1所示。