[嵌入式]基于STM32F103移植华为LiteOS—信号量

基于STM32F103移植华为LiteOS—信号量

对于“信号量”这个实现任务间通信机制，想必学过一些操作系统的读者应该都有所了解吧。这里我用比较通俗一点的话给大家讲解华为LiteOS操作系统里头的“信号量”。

一、信号量概念

1、基本概念从专业上的讲解
信号量（Semaphore）是一种实现任务间通信的机制，实现任务之间同步或临界资源的互斥访问。常用于协助一组相互竞争的任务来访问临界资源。
在多任务系统中，各任务之间需要同步或互斥实现临界资源的保护，信号量功能可以为用户提供这方面的支持。
通常一个信号量的计数值用于对应有效的资源数，表示剩下的可被占用的互斥资源数。其值的含义分两种情况：
? 0，表示没有积累下来的Post操作，且有可能有在此信号量上阻塞的任务。
? 正值，表示有一个或多个Post下来的释放操作。
以同步为目的的信号量和以互斥为目的的信号量在使用有如下不同：
? 用作互斥时，信号量创建后记数是满的，在需要使用临界资源时，先取信号量，使其变空，这样其他任务需要使用临界资源时就会因为无法取到信号量而阻塞，从而保证了临界资源的安全。
? 用作同步时，信号量在创建后被置为空，任务1取信号量而阻塞，任务2在某种条件发生后，释放信号量，于是任务1得以进入READY或RUNNING态，从而达到了两个任务间的同步。
2、通俗一点的讲解

3、华为LiteOS开发指南上对信号量的运作机制讲解

4、华为LiteOS信号量的使用场景
信号量是一种非常灵活的同步方式，可以运用在多种场合中，实现锁、同步、资源计数等功能，也能方便的用于任务与任务，中断与任务的同步中。

二、华为LiteOS中的信号量分为“二值信号量”和“计数信号量”

1、二值信号量
二值信号量可以理解为一个饭店只有一张桌子，该桌子只有（被申请使用和空闲）两种状态，而二值信号量“0”表示申请信号量，“1”表示释放信号量。
在嵌入式操作系统中二值信号量是任务与任务间、 中断与任务间同步的重要手段。可以理解为事件1申请该二值信号量，将事件2阻塞，等待事件1完成，事件1完成后释放该二值信号量，事件2申请该二值信号量，等待事件2完成，事件2完成后释放该二值信号量，然后又到事件1……往返事件的运行达成任务间的同步。
2、计数信号量
计算信号量也就可以理解为一个饭店和它的所有桌子。
顾名思义，计数信号量是用于计数的，在实际的使用中，计数信号量常用于事件计数与资源管理。每当某个事件发生时，任务/中断释放一个信号量（信号量计数值加 1），当处理被事件时（一般在任务中处理），处理任务会取走该信号量（信号量计数值减 1），信号量的计数值则表示还剩余多少个事件没被处理。此外，系统还有很多资源，也可以使用计数信号量进行资源管理，信号量的计数值表示系统中可用的资源数目，任务必须先获取到信号量才能访问资源，当信号量的计数值为零时表示系统没有可用的资源，但是要注意，在使用完资源的时候必须归还信号量，否则当计数值为 0 的时候任务就无法访问该资源了。
3、关于华为LiteOS操作系统中的“二值信号量”和“计数信号量”的一些细节
①信号量个数

上图为LiteOS操作系统中target_config.h配置文件中信号量的程序片段，图中“20”表示最大支持的信号量数量，这个信号量不是指“桌子”，它指的是“饭店”。
也就是如下图所示，能创建的信号量个数最多是LOSCFG_BASE_IPC_SEM_LIMIT个。（无论是二值信号量或计数信号都可以）

由上图可知在los_sem.ph文件中对二值信号量容量、计数信号量容量有定义。这里二值信号量就不再多说了，在开发中大家可能会遇到申请计数信号量时会按照申请的个数申请，但是释放计数信号量会释放不会按照申请的个数释放同等的个数，而是释放不完。
这里我要说一下，不是释放不完，而是数量太多，计数信号量的最大容量个数是OS_SEM_COUNTING_MAX_COUNT=0xFFFF=65535个，太多了，给人错觉是释放不完。
这里我做了一直图给大家讲解，如下图所示。

如果大家释放信号量需要不想让它释放不完，实现一些资源管理的功能，那么大家可以修改los_sem.ph文件中定义的OS_SEM_COUNTING_MAX_COUNT变量值，要是使用到多个计数信号量，而且计数信号量创建的容量值不相同，那么我不建议这么做，大家可自行定义一些变量作为标记，防止一直释放计数信号量。

三、亮代码环节

1、计数信号量（模拟停车场）

/* LiteOS头文件 */
#include "los_sys.h "
#include "los_task.ph"
#include "los_queue.h"
#include "los_sem.h"

/* 外设驱动头文件 */
#include "led.h"
#include "usart1.h"
#include "key.h"

/* 定义任务 ID 变量,也叫任务句柄 */
UINT32 Pend_Task_Handle;		//获取信号量
UINT32 Post_Task_Handle;		//释放信号量

/* 定义计算信号量 ID 变量 */
UINT32  CountSem_Handle;
UINT32  CountSem_Handle1;
UINT32  CountSem_Handle2;

/* 函数声明 */
static UINT32 AppTaskCreate(void);
static UINT32 Create_Pend_Task(void);
static UINT32 Create_Post_Task(void);

static void Pend_Task(void);
static void Post_Task(void);


int main(void)
{	
	UINT32 uwRet = LOS_OK; //定义一个任务创建的返回值，默认为创建成功
	
	/*中断优先级分组为 4*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
	/* 板载相关初始化 */
	Usart1_Config();				//串口1
	LED_GPIO_Config();			//LED
	Key_Config_parameter();	//按键

	printf("\r\n正点原子战舰开发板-LiteOS-SRAM 动态创建多任务！\r\n");
	
	/* LiteOS 内核初始化 */
	uwRet = LOS_KernelInit();
	if (uwRet != LOS_OK) {
		printf("LiteOS核心初始化失败！任务代码0X%X\r\n",uwRet);
		return LOS_NOK;
	}
	
	uwRet = AppTaskCreate();
	if (uwRet != LOS_OK) {
		printf("AppTaskCreate任务创建失败！任务代码0X%X\r\n",uwRet);
		return LOS_NOK;
	}
	
	/* 开启 LiteOS 任务调度 */
	LOS_Start();
	
	while(1){	//上面任务失败会进入此,LED关闭
		GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
		GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
	}
}

/**************************************************************************/
/******************************** 创建任务函数 ********************************/
/**************************************************************************/

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： AppTaskCreate
 * @ 功能说明： 任务创建，为了方便管理，所有的任务创建函数都可以放在这个函数里面
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static UINT32 AppTaskCreate(void)
{
	/* 定义一个返回类型变量，初始化为 LOS_OK */
	UINT32 uwRet = LOS_OK;

	/* 创建一个计数信号量，初始化计数值为 5*/
	uwRet = LOS_SemCreate(5,&CountSem_Handle);
	if(uwRet != LOS_OK) {
		printf("CountSem创建失败！失败代码0X%X\r\n",uwRet);
	}
	uwRet = Create_Pend_Task();
	if(uwRet != LOS_OK) {
		printf("Pend_Task create failed!\r\n");
		return uwRet;
	}
	
	uwRet = Create_Post_Task();
	if(uwRet != LOS_OK) {
		printf("Post_Task create failed!\r\n");
		return uwRet;
	}
	
	return LOS_OK;
}

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Create_Pend_Task
 * @ 功能说明： Create_Pend_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static UINT32 Create_Pend_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
	
	task_init_param.usTaskPrio = 5;
	task_init_param.pcName = "Pend_Task";
	task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Pend_Task;
	task_init_param.uwStackSize = 1024;
	
	uwRet = LOS_TaskCreate(&Pend_Task_Handle,&task_init_param);
	
	return uwRet;
}

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Create_Post_Task
 * @ 功能说明： Create_Post_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static UINT32 Create_Post_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
	
	task_init_param.usTaskPrio = 4;
	task_init_param.pcName = "Post_Task";
	task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Post_Task;
	task_init_param.uwStackSize = 1024;
	
	uwRet = LOS_TaskCreate(&Post_Task_Handle,&task_init_param);
	
	return uwRet;
}

/**************************************************************************/
/******************************** 任务函数 ********************************/
/**************************************************************************/

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Pend_Task
 * @ 功能说明： Pend_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static void Pend_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	
	while(1) {
		/* 按键KEY0按下，短按 */
		if(KEY_CLASS[KEY0].Key_State_Machine.Key_Event==KEY_CONFIRN_DOWN) {
			/* 获取一个计数信号量，等待时间 0 */
			uwRet = LOS_SemPend(CountSem_Handle,0);
			if(LOS_OK == uwRet) {
				printf("KEY0被按下，成功申请到停车位！\r\n");
			} else {
				printf ("KEY0 被按下，不好意思，现在停车场已满！\r\n");
			}
		}
		LOS_TaskDelay(20);
	}
}

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Post_Task
 * @ 功能说明： Post_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static void Post_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	
	while(1) {
		Read_Key_State();		//读取按键值
		/* 如果按键KEY1按下，短按 */
		if(KEY_CLASS[KEYUP].Key_State_Machine.Key_Event==KEY_CONFIRN_DOWN) {
			/* 释放一个计数信号量 */
			uwRet = LOS_SemPost(CountSem_Handle);	
			if(LOS_OK == uwRet) {
				printf("KEY_UP 被按下，释放 1 个停车位！\r\n");
			} else {
				printf("KEY_UP 被按下，但已无车位可以释放！\r\n");
			}
		}
		LOS_TaskDelay(20); 
	}
}

2、二值信号量（两个任务间进行同步操作）

/* LiteOS头文件 */
#include "los_sys.h "
#include "los_task.ph"
#include "los_queue.h"
#include "los_sem.h"

/* 外设驱动头文件 */
#include "led.h"
#include "usart1.h"
#include "key.h"

/* 定义任务 ID 变量,也叫任务句柄 */
UINT32 Read_Task_Handle;				//获取信号量
UINT32 Write_Task_Handle;		//释放信号量

/* 定义二值信号量 ID 变量 */
UINT32 BinarySem_Handle;

/* 定义全局变量 */
uint8_t ucValue[2] = {0x00,0x000};

/* 函数声明 */
static UINT32 AppTaskCreate(void);
static UINT32 Create_Read_Task(void);
static UINT32 Create_Write_Task(void);

static void Read_Task(void);
static void Write_Task(void);


int main(void)
{	
	UINT32 uwRet = LOS_OK; //定义一个任务创建的返回值，默认为创建成功
	
	/*中断优先级分组为 4*/
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
	/* 板载相关初始化 */
	Usart1_Config();		//串口1
	LED_GPIO_Config();	//LED
	Key_Config_parameter();	//按键

	printf("正点原子战舰开发板-LiteOS-SRAM 动态创建多任务！\r\n\r\n");
	
	/* LiteOS 内核初始化 */
	uwRet = LOS_KernelInit();
	if (uwRet != LOS_OK) {
		printf("LiteOS核心初始化失败！任务代码0X%X\r\n",uwRet);
		return LOS_NOK;
	}
	
	uwRet = AppTaskCreate();
	if (uwRet != LOS_OK) {
		printf("AppTaskCreate任务创建失败！任务代码0X%X\r\n",uwRet);
		return LOS_NOK;
	}
	
	/* 开启 LiteOS 任务调度 */
	LOS_Start();
	
	while(1){	//上面任务失败会进入此,LED关闭
		GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);
		GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);
	}
}

/**************************************************************************/
/******************************** 创建任务函数 ********************************/
/**************************************************************************/

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： AppTaskCreate
 * @ 功能说明： 任务创建，为了方便管理，所有的任务创建函数都可以放在这个函数里面
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static UINT32 AppTaskCreate(void)
{
	/* 定义一个返回类型变量，初始化为 LOS_OK */
	UINT32 uwRet = LOS_OK;

	uwRet = LOS_BinarySemCreate(1,&BinarySem_Handle);
	if(uwRet != LOS_OK) {
		printf("BinarySem创建失败！失败代码0X%X\r\n",uwRet);
	}
	
	uwRet = Create_Read_Task();
	if(uwRet != LOS_OK) {
		printf("Read_Task create failed!\r\n");
		return uwRet;
	}
	
	uwRet = Create_Write_Task();
	if(uwRet != LOS_OK) {
		printf("Write_Task create failed!\r\n");
		return uwRet;
	}
	
	return LOS_OK;
}

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Create_Read_Task
 * @ 功能说明： Create_Read_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static UINT32 Create_Read_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
	
	task_init_param.usTaskPrio = 5;
	task_init_param.pcName = "Read_Task";
	task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Read_Task;
	task_init_param.uwStackSize = 1024;
	
	uwRet = LOS_TaskCreate(&Read_Task_Handle,&task_init_param);
	
	return uwRet;
}

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Create_Write_Task
 * @ 功能说明： Create_Write_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static UINT32 Create_Write_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;
	
	task_init_param.usTaskPrio = 4;
	task_init_param.pcName = "Write_Task";
	task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)Write_Task;
	task_init_param.uwStackSize = 1024;
	
	uwRet = LOS_TaskCreate(&Write_Task_Handle,&task_init_param);
	
	return uwRet;
}

/**************************************************************************/
/******************************** 任务函数 ********************************/
/**************************************************************************/

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Read_Task
 * @ 功能说明： Read_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static void Read_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	
	while(1) {
		uwRet = LOS_SemPend(BinarySem_Handle,LOS_WAIT_FOREVER);	//申请信号量
		if(uwRet==LOS_OK) {
			printf("\r\nRead_Task Apply Sem Successful!\r\n");
		}
		printf("Read_Task!\r\n");
		printf("ucValue[0] = %d,  ucValue[1] = %d \r\n",ucValue[0],ucValue[1]);		
		if(ucValue[0]==ucValue[1]) {
			printf("Synchronization Successful!\r\n");
		} else {
			printf("Fail!\r\n");
		}
		
		LOS_SemPost(BinarySem_Handle);	//释放信号量
	}
}

/**************************************************************
 * @ 函数名 ： Write_Task
 * @ 功能说明： Write_Task任务实现
 * @ 参数 ： NULL
 * @ 返回值 ： NULL
 *************************************************************/
static void Write_Task(void) {
	UINT32 uwRet = LOS_OK;
	
	while(1) {
		uwRet = LOS_SemPend(BinarySem_Handle,LOS_WAIT_FOREVER);	//申请信号量
		if(uwRet==LOS_OK) {
			printf("\r\nWrite_Task Apply Sem Successful!\r\n");
		}
		printf("Write_Task---1!\r\n");
		ucValue[0]++;
		LOS_TaskDelay(1000);				//任务阻塞
		ucValue[1]++;
		printf("Write_Task---2!\r\n");
		
		LOS_SemPost(BinarySem_Handle);	//释放信号量
		LOS_TaskYield(); //放弃剩余时间片，进行一次任务切换
	}
}

总结

学习东西要有耐心，从根本上去分析，不要盲目追求结果
如下图，野火教程文档只是说出现这种不希望的现象，至于为什么会出现，怎么去去解决却没有提，很多人会做完这个实验就不了了之了。

有什么问题，欢迎大家一起交流探讨学习，我个人信息详情有我的联系方式，留言也可以。大家一起共同进步。

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