μC／OS―III对信号量的改进

摘要：μC／OS-III是对μC／OS-II的重大改进，增加了许多新的特性。在信号量的使用上，μC／OS—III增加了一些可选的参数，提高了使用的灵活性；新增了任务内嵌的信号量，可以更高效地和任务进行通信。本文分析对比μC／OS—II和μC／OS—III中信号量内部结构的差异及新增的特性。
关键词：μC／OS—III；信号量；实时操作系统

引言
μC／OS是一个基于优先级调度的可剥夺型实时多任务内核。在多任务的实时内核中，信号量是常用的机制，可以用来实现对共享资源的访问、任务之间的通信和同步，以及任务和中断的同步等功能。μC／OS—II中提供了等待和释放信号量等最基本的服务，而在μC／OS—III中，对信号量的使用增加了一些可选的模式，如非阻塞等待、释放但不进行任务调度等，提高了使用的灵活性。更重要的是，在μC／OS—III中还新增了任务内嵌的信号量，用户程序无需建立信号量便可和任务直接通信，比普通信号量更加简单高效。本文将分析对比μC／OS—II和μC／OS—III中信号量内部结构的差异以及μC／OS—III新增的特性。

1 μC／OS—II中信号量内部结构
在μC／OS—II中，信号量直接使用内核的数据结构OS EVENT，其内部结构如下：


其中，和信号量相关的最重要的就是OSEventCnt、OSEventGrp和OSEventTbl[]。OSEventCnt记录的是信号量的有效值。OSEventTbl[]是一个位映射表，以64级优先级为例，OSEventTbl[]将是一个8×8的位映射表，如果某优先级下有任务在等待该事件，则OSEventTbl[]中对应的位将被置1。为了加快查询过程，又将64级优先级分为8组，用一个8位的整型OSEventGrp来记录每一组的状态。可见，OSEventGrp和OSEve ntTbl[]跟就绪表中的OSRdyGrp和OSRdyTbl[]结构是一模一样的，区别仅仅在于前者记录的是等待该事件的任务的状态，而后者记录的是系统中就绪的任务的状态。而两者的查找过程是一样的，都是通过“掩码表”来快速得到列表中优先级最高的任务。
μC／OS—II提供的信号量相关的最常用的几个API函数如下：

在使用信号量前必须先新建一个信号量，并指定其初始值。当信号量用于对共享资源的访问时，该值应初始化为实际可用的共享资源数；当信号量用来实现任务的同步，则初始值应设为0。调用等待信号量的OSSemPend()函数时可以指定超时选项timeout，在指定的时间内如果没有获得信号量则任务会超时返回。释放信号量时，如果有任务在等待，内核会通过查找OSEventGrp和OSEventTbl[]获得等待任务中优先级最高的任务，该任务将获得信号量从而转入就绪态，内核会进行任务调度。如果获得信号量的任务比正在执行的任务优先级还高，则会进行任务切换。

2 μC／OS-Ⅲ中信号量内部结构
在μC／OS—III中，信号量类型的结构有所变化，并没有和μC／OS—II一样继续采用和“就绪表”类似的结构，而是采用一个“等待列表”的数据结构来记录等待信号量的任务。其数据结构如下：

从上述结构可以看出，μC／OS—III的信号量结构中新增了一个时间戳TS，用来记录最近一次释放信号量(或者是取消等待、删除信号量)的时间。而等待信号量的任务列表则通过一个新的数据结构OS_PEND_LIST来记录，如图1所示。