再读 ucosII源码（邵贝贝）：任务之间的通讯与同步--信号量

µC/OS-II中的信号量由两部分组成：
一个是信号量的计数值，它是一个16位的无符号整数（0 到65,535之间）；
另一个是由等待该信号量的任务组成的等待任务表。
用户要在OS_CFG.H中将OS_SEM_EN开关量常数置成1，这样µC/OS-II才能支持信号量。
在使用一个信号量之前，
首先要建立该信号量，也即调用OSSemCreate()函数，对信号量的初始计数值赋值。该初始值为0到65,535之间的一个数。
如果信号量是用来表示一个或者多个事件的发生，那么该信号量的初始值应设为0。
如果信号量是用于对共享资源的访问，那么该信号量的初始值应设为1（例如，把它当作二值信号量使用）。
最后，如果该信号量是用来表示允许任务访问n个相同的资源，那么该初始值显然应该是n，并把该信号量作为一个可计数的信号量使用。
µC/OS-II提供了5个对信号量进行操作的函数。它们是：OSSemCreate()，OSSemPend()，OSSemPost()，OSSemAccept()和OSSemQuery()函数。
图 F6.5说明了任务、中断服务子程序和信号量之间的关系。
图中用钥匙或者旗帜的符号来表示信号量：
如果信号量用于对共享资源的访问，那么信号量就用钥匙符号。符号旁边的数字N代表可用资源数。对于二值信号量，该值就是1；
如果信号量用于表示某事件的发生，那么就用旗帜符号。这时的数字N代表事件已经发生的次数。
从图 F6.5中可以看出OSSemPost()函数可以由任务或者中断服务子程序调用，而OSSemPend()和OSSemQuery()函数只能由任务程序调用。
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创建一个信号量, OSSemCreate()

程序清单 L6.9 建立一个信号量：

OS_EVENT *OSSemCreate (INT16U cnt)
{
    OS_EVENT *pevent;


    OS_ENTER_CRITICAL();
    pevent = OSEventFreeList;   (1)
    if (OSEventFreeList != (OS_EVENT *)0) { (2)
        OSEventFreeList = (OS_EVENT *)OSEventFreeList->OSEventPtr;
    }
    OS_EXIT_CRITICAL();
    if (pevent != (OS_EVENT *)0) {  (3)
        pevent->OSEventType = OS_EVENT_TYPE_SEM;    (4)
        pevent->OSEventCnt  = cnt;  (5)
        OSEventWaitListInit(pevent);    (6)
    }
    return (pevent);    (7)
}

程序清单 L6.9是OSSemCreate()函数的源代码。首先，它从空闲任务控制块链表中得到一个事件控制块[L6.9(1)]，并对空闲事件控制链表的指针进行适当的调整，使它指向下一个空闲的事件控制块[L6.9(2)]。如果这时有任务控制块可用[L6.9(3)]，就将该任务控制块的事件类型设置成信号量OS_EVENT_TYPE_SEM[L6.9(4)]。其它的信号量操作函数OSSem???()通过检查该域来保证所操作的任务控制块类型的正确。例如，这可以防止调用OSSemPost()函数对一个用作邮箱的任务控制块进行操作[6.06节，邮箱]。接着，用信号量的初始值对任务控制块进行初始化[L6.9(5)]，并调用OSEventWaitListInit()函数对事件控制任务控制块的等待任务列表进行初始化[见6.01节，初始化一个任务控制块，OSEventWaitListInit()][L6.9(6)]。因为信号量正在被初始化，所以这时没有任何任务等待该信号量。最后，OSSemCreate()返回给调用函数一个指向任务控制块的指针。以后对信号量的所有操作，如OSSemPend(), OSSemPost(), OSSemAccept()和OSSemQuery()都是通过该指针完成的。因此，这个指针实际上就是该信号量的句柄。如果系统中没有可用的任务控制块，OSSemCreate()将返回一个NULL指针。
值得注意的是，在µC/OS-II中，信号量一旦建立就不能删除了，因此也就不可能将一个已分配的任务控制块再放回到空闲ECB链表中。如果有任务正在等待某个信号量，或者某任务的运行依赖于某信号量的出现时，删除该任务是很危险的。

等待/请求一个信号量, OSSemPend()

程序清单 L6.10 等待一个信号量

void OSSemPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err)
{
    OS_ENTER_CRITICAL();
    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_SEM) {                  (1)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        *err = OS_ERR_EVENT_TYPE;
    }
    if (pevent->OSEventCnt > 0) {                                      (2)
        pevent->OSEventCnt--;                                          (3)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        *err = OS_NO_ERR;
    } else if (OSIntNesting > 0) {                                    (4)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        *err = OS_ERR_PEND_ISR;
    } else {
        OSTCBCur->OSTCBStat    |= OS_STAT_SEM;                        (5)
        OSTCBCur->OSTCBDly      = timeout;                            (6)
        OSEventTaskWait(pevent);                                        (7)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        OSSched();                                                    (8)
        OS_ENTER_CRITICAL();
        if (OSTCBCur->OSTCBStat & OS_STAT_SEM) {                        (9)
            OSEventTO(pevent);                                       (10)
            OS_EXIT_CRITICAL();
            *err = OS_TIMEOUT;
        } else {
            OSTCBCur->OSTCBEventPtr = (OS_EVENT *)0;                   (11)
            OS_EXIT_CRITICAL();
            *err = OS_NO_ERR;
        }
    }
}

程序清单 L6.10是OSSemPend()函数的源代码。
确认事件类型合适：它首先检查指针pevent所指的事件类型，是否为信号量类型。
信号量可用性(信号量的计数值是否大于0)：
可用：如果信号量当前是可用的（信号量的计数值大于0）[L6.10(2)]，将信号量的计数值减1[L6.10(3)]，然后函数将“无错”错误代码返回给它的调用函数。显然，如果正在等待信号量，这时的输出正是我们所希望的，也是运行OSSemPend()函数最快的路径。
不可用：如果此时信号量无效（计数器的值是0），OSSemPend()函数要进一步检查它的调用函数是不是中断服务子程序[L6.10(4)]。在正常情况下，中断服务子程序是不会调用OSSemPend()函数的。这里加入这些代码，只是为了以防万一。当然，在信号量有效的情况下，即使是中断服务子程序调用的OSSemPend()，函数也会成功返回，不会出任何错误。
如果信号量的计数值为0，而OSSemPend()函数又不是由中断服务子程序调用的，则调用OSSemPend()函数的任务要进入睡眠状态，等待另一个任务（或者中断服务子程序）发出该信号量（见下节）。OSSemPend()允许用户定义一个最长等待时间作为它的参数，这样可以避免该任务无休止地等待下去。如果该参数值是一个大于0的值，那么该任务将一直等到信号有效或者等待超时。如果该参数值为0，该任务将一直等待下去。OSSemPend()函数通过将任务控制块中的状态标志.OSTCBStat置1，把任务置于睡眠状态[L6.10(5)]，等待时间也同时置入任务控制块中[L6.10(6)]，该值在OSTimeTick()函数中被逐次递减。注意，OSTimeTick()函数对每个任务的任务控制块的.OSTCBDly域做递减操作（只要该域不为0）[见3.10节，时钟节拍]。真正将任务置入睡眠状态的操作在OSEventTaskWait()函数中执行 [见6.03节，让一个任务等待某个事件，OSEventTaskWait()][L6.10(7)]。
因为当前任务已经不是就绪态了，所以任务调度函数将下一个最高优先级的任务调入，准备运行[L6.10(8)]。
当信号量有效或者等待时间到后，调用OSSemPend()函数的任务将再一次成为最高优先级任务。这时OSSched()函数返回。这之后，OSSemPend()要检查任务控制块中的状态标志，看该任务是否仍处于等待信号量的状态[L6.10(9)]。如果是，说明该任务还没有被OSSemPost()函数发出的信号量唤醒。事实上，该任务是因为等待超时而由TimeTick()函数把它置为就绪状态的。这种情况下，OSSemPend()函数调用OSEventTO()函数将任务从等待任务列表中删除[L6.10(10)]，并返回给它的调用任务一个“超时”的错误代码。如果任务的任务控制块中的OS_STAT_SEM标志位没有置位，就认为调用OSSemPend()的任务已经得到了该信号量，将指向信号量ECB的指针从该任务的任务控制块中删除，并返回给调用函数一个“无错”的错误代码[L6.10(11)]。

发送一个信号量, OSSemPost()

程序清单 L6.11是OSSemPost()函数的源代码。
它首先检查参数指针pevent指向的任务控制块是否是OSSemCreate()函数建立的[L6.11(1)]，
接着检查是否有任务在等待该信号量[L6.11(2)]。
如果该任务控制块中的.OSEventGrp域不是0，说明有任务正在等待该信号量。
这时，就要调用函数OSEventTaskRdy()[见6.02节，使一个任务进入就绪状态，OSEventTaskRdy()]，把其中的最高优先级任务从等待任务列表中删除[L6.11(3)]并使它进入就绪状态。
然后，调用OSSched()任务调度函数检查该任务是否是系统中的最高优先级的就绪任务[L6.11(4)]。
如果是，这时就要进行任务切换[当OSSemPost()函数是在任务中调用的]，准备执行该就绪任务。
如果不是，OSSched()直接返回，调用OSSemPost()的任务得以继续执行。

如果这时没有任务在等待该信号量，该信号量的计数值就简单地加1[L6.11(5)]。
上面是由任务调用OSSemPost()时的情况。当中断服务子程序调用该函数时，不会发生上面的任务切换。如果需要，任务切换要等到中断嵌套的最外层中断服务子程序调用OSIntExit()函数后才能进行（见3.09节，µC/OS-II中的中断）。

INT8U OSSemPost (OS_EVENT *pevent)
{
    OS_ENTER_CRITICAL();
    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_SEM) {           (1)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return (OS_ERR_EVENT_TYPE);
    }
    if (pevent->OSEventGrp) {                                   (2)
        OSEventTaskRdy(pevent, (void *)0, OS_STAT_SEM);       (3)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        OSSched();                                             (4)
        return (OS_NO_ERR);
    } else {
        if (pevent->OSEventCnt < 65535) {
            pevent->OSEventCnt++;                               (5)
            OS_EXIT_CRITICAL();
            return (OS_NO_ERR);
        } else {
            OS_EXIT_CRITICAL();
            return (OS_SEM_OVF);
        }
    }
}

无等待地请求一个信号量, OSSemAccept()

当一个任务请求一个信号量时，如果该信号量暂时无效，也可以让该任务简单地返回，而不是进入睡眠等待状态。这种情况下的操作是由OSSemAccept()函数完成的，其源代码见程序清单 L6.12。
该函数在最开始也是检查参数指针pevent指向的事件控制块是否是由OSSemCreate()函数建立的[L6.12(1)]，
接着从该信号量的事件控制块中取出当前计数值[L6.12(2)]，并检查该信号量是否有效（计数值是否为非0值）[L6.12(3)]。
如果有效，则将信号量的计数值减1[L6.12(4)]，然后将信号量的原有计数值返回给调用函数[L6.12(5)]。
调用函数需要对该返回值进行检查。
如果该值是0，说明该信号量无效。
如果该值大于0，说明该信号量有效，同时该值也暗示着该信号量当前可用的资源数。
应该注意的是，这些可用资源中，已经被该调用函数自身占用了一个（该计数值已经被减1）。
中断服务子程序要请求信号量时，只能用OSSemAccept()而不能用OSSemPend()，因为中断服务子程序是不允许等待的。
程序清单 L6.12 无等待地请求一个信号量

INT16U OSSemAccept (OS_EVENT *pevent)
{
    INT16U cnt;


    OS_ENTER_CRITICAL();
    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_SEM) {                (1)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return (0);
    }
    cnt = pevent->OSEventCnt;                                        (2)
    if (cnt > 0) {                                                  (3)
        pevent->OSEventCnt--;                                        (4)
    }
    OS_EXIT_CRITICAL();
    return (cnt);                                                    (5)
}

查询一个信号量的当前状态, OSSemQuery()

在应用程序中，用户随时可以调用函数OSSemQuery()[程序清单L6.13]来查询一个信号量的当前状态。
该函数有两个参数：一个是指向信号量对应事件控制块的指针pevent。该指针是在生产信号量时，由OSSemCreate()函数返回的；
另一个是指向用于记录信号量信息的数据结构OS_SEM_DATA（见uCOS_II.H）的指针pdata。
因此，调用该函数前，用户必须先定义该结构变量，用于存储信号量的有关信息。
在这里，之所以使用一个新的数据结构的原因在于，调用函数应该只关心那些和特定信号量有关的信息，而不是象OS_EVENT数据结构包含的很全面的信息。
该数据结构只包含信号量计数值.OSCnt和等待任务列表.OSEventTbl[]、.OSEventGrp，而OS_EVENT中还包含了另外的两个域.OSEventType和.OSEventPtr。
和其它与信号量有关的函数一样，OSSemQuery()也是先检查pevent指向的事件控制块是否是OSSemCreate()产生的[L6.13(1)]，然后将等待任务列表[L6.13(2)]和计数值[L6.13(3)]从OS_EVENT结构拷贝到OS_SEM_DATA 结构变量中去。

程序清单 L6.13 查询一个信号量的状态

INT8U OSSemQuery (OS_EVENT *pevent, OS_SEM_DATA *pdata)
{
    INT8U  i;
    INT8U *psrc;
    INT8U *pdest;

    OS_ENTER_CRITICAL();
    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_SEM) {              (1)
        OS_EXIT_CRITICAL();
        return (OS_ERR_EVENT_TYPE);
    }
    pdata->OSEventGrp = pevent->OSEventGrp;                      (2)
    psrc              = &pevent->OSEventTbl[0];
    pdest             = &pdata->OSEventTbl[0];
    for (i = 0; i < OS_EVENT_TBL_SIZE; i++) {
        *pdest++ = *psrc++;
    }
    pdata->OSCnt      = pevent->OSEventCnt;                      (3)
    OS_EXIT_CRITICAL();
    return (OS_NO_ERR);
}