4.7 信号量

    基本概念

    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。

    运作机制

    信号量控制块

    信号量运作原理

    信号量初始化，为配置的N个信号量申请内存（N值可以由用户自行配置，受内存限制），并把所有的信号量初始化成未使用，并加入到未使用链表中供系统使用。

    信号量创建，从未使用的信号量链表中获取一个信号量资源，并设定初值。

    信号量申请，若其计数器值大于0，则直接减1返回成功。否则任务阻塞，等待其它任务释放该信号量，等待的超时时间可设定。当任务被一个信号量阻塞时，将该任务挂到信号量等待任务队列的队尾。

    信号量释放，若没有任务等待该信号量，则直接将计数器加1返回。否则唤醒该信号量等待任务队列上的第一个任务。

    信号量删除，将正在使用的信号量置为未使用信号量，并挂回到未使用链表。

    信号量运作示意图

    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。

    功能

    Huawei LiteOS 系统中的信号量模块为用户提供下面几种功能。

    开发流程

    信号量的开发典型流程：

    1. 创建信号量LOS_SemCreate。

    2. 申请信号量LOS_SemPend。

      信号量有三种申请模式：无阻塞模式、永久阻塞模式、定时阻塞模式

      • 无阻塞模式：任务需要申请信号量，若当前信号量的任务数没有到信号量设定的上限，则申请成功。否则，立即返回申请失败

      • 定时阻塞模式：任务需要申请信号量，若当前信号量的任务数没有到信号量设定的上限，则申请成功。否则，该任务进入阻塞态，系统切换到就绪任务中优先级最高者继续执行。任务进入阻塞态后，指定时间超时前有其他任务释放该信号量，或者用户指定时间超时后，阻塞任务才会重新得以执行

    3. 释放信号量LOS_SemPost。

      • 如果有任务阻塞于指定信号量，则唤醒该信号量阻塞队列上的第一个任务。该任务进入就绪态，并进行调度

      • 如果没有任务阻塞于指定信号量，释放信号量成功

    4. 删除信号量LOS_SemDelete。

    信号量错误码

    序号 定义 实际数值 描述 参考解决方案
    1 LOS_ERRNO_SEM_NO_MEMORY 0x02000700 内存空间不足 分配更大的内存分区
    2 LOS_ERRNO_SEM_INVALID 0x02000701 非法传参 改变传数为合法值
    3 LOS_ERRNO_SEM_PTR_NULL 0x02000702 传入空指针 传入合法指针
    4 LOS_ERRNO_SEM_ALL_BUSY 0x02000703 信号量控制块不可用 释放资源信号量资源
    5 LOS_ERRNO_SEM_UNAVAILABLE 0x02000704 定时时间非法 传入正确的定时时间
    6 LOS_ERRNO_SEM_PEND_INTERR 0x02000705 中断期间非法调用LOS_SemPend 中断期间禁止调用LOS_SemPend
    7 LOS_ERRNO_SEM_PEND_IN_LOCK 0x02000706 任务被锁，无法获得信号量 在任务被锁时，不能调用LOS_SemPend
    8 LOS_ERRNO_SEM_TIMEOUT 0x02000707 获取信号量时间超时 将时间设置在合理范围内
    9 LOS_ERRNO_SEM_OVERFLOW 0x02000708 信号量允许pend次数超过最大值 传入合法的值
    10 LOS_ERRNO_SEM_PENDED 0x02000709 等待信号量的任务队列不为空 唤醒所有等待该型号量的任务后删除该信号量

    错误码定义： 错误码是一个32位的存储单元，31~24位表示错误等级，23~16位表示错误码标志，15~8位代表错误码所属模块，7~0位表示错误码序号，如下

    例如：

    平台差异性

    无。

    • 由于中断不能被阻塞，因此在申请信号量时，阻塞模式不能在中断中使用。

    实例描述

    本实例实现如下功能：

    1. 测试任务Example_TaskEntry创建一个信号量，锁任务调度，创建两个任务Example_SemTask1、Example_SemTask2,Example_SemTask2优先级高于Example_SemTask1，两个任务中申请同一信号量，解锁任务调度后两任务阻塞，测试任务Example_TaskEntry释放信号量。

    2. Example_SemTask2得到信号量，被调度，然后任务休眠20Tick，Example_SemTask2延迟，Example_SemTask1被唤醒。

    3. Example_SemTask1定时阻塞模式申请信号量，等待时间为10Tick，因信号量仍被Example_SemTask2持有，Example_SemTask1挂起，10Tick后仍未得到信号量，Example_SemTask1被唤醒，试图以永久阻塞模式申请信号量，Example_SemTask1挂起。

    4. 20Tick后Example_SemTask2唤醒， 释放信号量后，Example_SemTask1得到信号量被调度运行，最后释放信号量。

    编程示例

    前提条件：

    在los_config.h中，将LOSCFG_BASE_IPC_SEM配置为YES。

    配置用户定义的LOSCFG_BASE_IPC_SEM_LIMIT最大的信号量数，如1024。

    代码实现如下：

    结果验证

    编译运行得到的结果为：
    4.7.信号量 - 图2