ucos(四)共享资源保护
一、共享资源
- 关中断
- 禁止任务调度
- 使用信号量
- 使用互斥型信号量（互斥锁）
1、关/开中断
和CPU 相关的操作，其相关代码被放在与CPU相关的文件中（见CPU.H）。uC/OS-III 中与CPU相关的模块叫做uC/CPU。每种架构的CPU 都需要设置相适应的uC/CPU 文件。
只有这种方法才能任务和中断程序共享资源。只要关中断的时间不比系统本身的关中断时间长，就不会影响到系统的中断延时。
2、锁调度器
如果任务不需要和ISR 共享资源，就可以通过锁调度器来访问共享资源。
实际上就是禁止任务调度已达到资源的独占
注意，只有调度器被锁，中断是使能的，如果在处理临界段时中断发生，ISR程序就会被执行。在ISR 的末尾，uC/OS-III会返回原任务（即使ISR中有高优先级任务被就绪）。
支持嵌套250 级。当OSSchedUnlock()与OSSchedLock()被调用的次数相同时调度器才被锁调度器影响了抢占式内核的初衷，内核行为实际与不可剥夺的内核已经是一样的了。
3、信号量
一种上锁机制，代码需要获取对应的钥匙才能访问共享资源（继续执行），我的理解是实际上只是对访问共享资源区的代码段进行上锁，如果没有获取到钥匙（信号量）则等待无法继续执行，只有别的任务施放了信号量之后才能继续执行下去。
二进制信号量和计数型信号量：
二进制信号量只能取0和1两个值，计数型信号量的信号量值大于1，计数型信号量的范围由OS_SEM_CTR决定，OS_SEM_CTR可以为8位，16位和32位，取值范围分别为：0~255,0~65535和0~4294967295。
二值信号量用于那些一次只能一个任务使用的资源，比如I/O设备，打印机，数型信号量用于某些资源可以同时被几个任务所使用，比如一个缓存池有10个缓存块，那么同时最多可以支持10个任务来使用内存池。应用中可以使用任意数量的信号量，但是一般用于IO保护，很多情况下，访问一个简短的共享资源时不推荐使用信号量，请求和释放信号量会消耗CPU时间。
（1）定义一个信号量
OS_SEM XXX
（2）创建一个信号量
void OSSemCreate (OS_SEM *p_sem, //信号量结构体，其中OS_SEM_CTR Ctr表示信号量的值
CPU_CHAR *p_name,//名字
OS_SEM_CTR cnt, //信号量初始值
OS_ERR *p_err)
（3）删除一个信号量
OS_OBJ_QTY OSSemDel(OS_SEM *p_sem,
OS_OPT opt,
//1.NO_PEND 仅当没有信号请求的时候才删除
//2.ALWAYS 直接删除，不管有没有信号请求
OS_ERR *p_err)
（4）请求/等待一个信号量
OS_SEM_CTR OSSemPend(OS_SEM *p_sem,
OS_TICK timeout,//等待的时间，如果为0：一直等待下去
OS_OPT opt,
//1.暂时无效直接挂起 OS_OPT_PEND_BLOCKING
//2.无效直接返回OS_OPT_PEND_NON_BLOCKING
CPU_TS *p_ts,//时间戳：记录接受信号量的时刻，0或者null则不需要时间戳。
OS_ERR *p_err)
（5）取消等待
OS_OBJ_QTY OSSemPendAbort(OS_SEM *p_sem,
OS_OPT opt,
//1. 仅终止等待该信号量的最高优先级任务
//2. 中止所有的等待该信号量的任务
//3. 禁止任务调度
OS_ERR *p_err)
（6）释放一个信号量
OS_SEM_CTR OSSemPost(OS_SEM *p_sem,
OS_OPT opt,
//1. 仅发送给等待该信号量的最高优先级任务
//2. 发送给所有的等待该信号量的任务
//3. 禁止任务调度
OS_ERR *p_err)
（7）步骤：
- 先定义OS_SEM。
- Create创建信号量.
- OSSemPend等待信号量.
- OSSemPost释放信号量.
4、互斥信号量
使用信号量访问共享资源会有优先级反转问题：高优先级A任务执行访问共享资源的时候被迫等待低优先级任务D释放信号量，此时会发生任务切换到低优先级。如果此时又有高一级的任务B中断了D的任务，虽然B任务比A任务优先级更低，也会发生任务调度。使得高优先级任务A实际上被拉到占用信号量的低优先级任务D同一优先级别，违背了实时RTOS。
互斥信号量实际解决方法：将低优先级任务D的优先级临时提升至任务A同一优先级，等信号量释放后，再将任务D的优先级恢复，这样任务切换只在这两个任务之间执行（如果有比A更高的还是会切换）。
（1）创建互斥信号量
void OSMutexCreate(OS_MUTEX *p_mutex,//指向互斥信号量的控制块
CPU_CHAR *p_name, //互斥信号量名字
OS_ERR *p_err)//调用此函数后返回的错误码
（2）请求/等待互斥信号量
void OSMutexPend(OS_MUTEX *p_mutex, //指向互斥信号量的控制块
OS_TICK timeout,//指定等待互斥信号量的超时节拍，超时继续执行，0位一直等待
OS_OPT opt,//是否阻塞
//OS_OPT_PEND_BLOCKING无效挂起
//OS_OPT_PEND_NON_BLOCKING无效直接返回
CPU_TS *p_ts,//时间戳
OS_ERR *p_err)//错误码
（3）释放互斥信号量
void OSMutexPost(OS_MUTEX *p_mutex,//指向互斥信号量
OS_OPT opt,//指定是否进行任务调度操作
//OS_OPT_POST_NONE不指定特定的选项
//OS_OPT_POST_NO_SCHED 禁止在本函数内执行任务调度
OS_ERR *p_err)//错误码
（4）步骤：
- 先定义OS_MUTEX xxxx
- Create创建信号量
- OSMutexPend等待信号量
- OSMutexPost释放信号量
5、死锁
任务1需要的资源要等到任务2释放，任务2的资源需要等待任务1释放，造成死锁。
（1）假定任务T1 所等待的事情发生，任务1被执行。
（2）任务T1 申请M1。(mutex 1)
（3）任务T1 访问资源R1。（7）任务T2 申请M1，但是M1 已被任务T1 占用。任务T2被挂起。
（8）uC/OS-III 切换到任务T1。
（9）此时任务T1 申请M2，但是M2 已经被任务T2 占用。
此时，两个任务互相等待，这就算死锁。
用以下方式防止死锁：
- 同一个时间不要申请多于一个mutex
- 不要直接地申请mutex（该申请放到器件驱动中和可重入函数中）
- 在处理之前先获得全部所需要的mutex
- 任务间以同样的顺序申请资源
当申请信号量或mutex 时允许设置时间期限，这样能防止死锁，但是同样的死锁可能稍后再次出现。
二、选择题
1.以下请问使用（ A ）方式保护最为合适。
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
...........
喂狗
...........
}
}
2.以下请问使用（ B ）方式保护最为合适。
uint32 g=0;
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
...........
g++;
...........
}
}
void T2(void *parg)
{
uint32_t a=0;
while(1)
{
...........
a = g;
...........
}
}
3.以下请问使用（ A ）方式保护最为合适。
uint32 g=0;
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
...........
g++;
...........
}
}
void T2(void *parg)
{
uint32_t a=0;
while(1)
{
...........
a = g;
...........
}
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
...........
g = USART_ReceiveData(USART1);
...........
}
4.以下请问使用（ C ）方式保护最为合适。
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
...........
printf("hello teacher.wen\r\n");
...........
}
}
void T2(void *parg)
{
while(1)
{
...........
printf("good bye teacher.wen\r\n");
...........
}
}
5.以下请问使用（ D ）方式保护最为合适。
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
...........
printf("hello teacher.wen\r\n");
...........
}
}
void T2(void *parg)
{
while(1)
{
...........
printf("good bye teacher.wen\r\n");
...........
}
}
void T3(void *parg)
{
while(1)
{
...........
printf("he's teacher.wen\r\n");
...........
}
}
三、辨析题
1.请分析以下代码。
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
调度器上锁
printf("hello teacher.wen\r\n");
delay_ms(1000)
调度器解锁
}
}
void T2(void *parg)
{
while(1)
{
调度器上锁
printf("good bye teacher.wen\r\n");
delay_ms(1000)
调度器解锁
}
}
2.请分析以下代码。
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
等待互斥锁
printf("hello teacher.wen\r\n");
OLED_ShowString(0,2,"this is task 1\r\n");
释放互斥锁
}
}
void T2(void *parg)
{
uint8_t buf[5]={0};
while(1)
{
等待互斥锁
printf("good bye teacher.wen\r\n");
dht11_read(buf)
......
释放互斥锁
}
}
3.请分析以下代码。
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
等待互斥锁
printf("hello teacher.wen\r\n");
OLED_ShowString(0,2,"this is task 1\r\n");
释放互斥锁
}
}
void T2(void *parg)
{
uint8_t buf[5]={0};
while(1)
{
等待互斥锁
printf("good bye teacher.wen\r\n");
dht11_read(buf)
......
释放互斥锁
}
}
4.请分析以下代码。
void app_task_init(void *parg)
{
创建信号量，初值为0
}
void T1(void *parg)
{
while(1)
{
等待信号量
printf("hello teacher.wen\r\n");
释放信号量
}
}
void T2(void *parg)
{
while(1)
{
等待信号量
printf("good bye teacher.wen\r\n");
释放信号量
}
}
