进程间通信（IPC）
在嵌入式系统中运行的代码主要包括线程和ISR（中断服务程序），在它们的运行过程中，它们的运行步骤有时需要同步（按照预定的先后次序运行），它们访问的资源有时需要互斥（一个时刻只允许一个线程访问资源），它们之间有时也要彼此交换数据。这些需求，有的是因为应用需求，有的是多线程编程模型带来的需求。
操作系统必须提供相应的机制来完成这些功能，我们把这些机制统称为进（线）程间通信（Internal Process Communication IPC），RT-Thread 中的IPC 机制包括信号量、互斥量、事件、邮箱、消息队列。
通过IPC 机制，我们可以协调多个线程（包括ISR）“默契”的工作，从而共同完成一个整项工作。
信号量工作机制
信号量是一种轻型的用于解决线程间同步问题的内核对象，线程可以获取或释放信号量，从而达到同步或互斥的目的。
信号量工作示意图如上，每个信号量对象都有一个信号量值和一个线程等待队列，信号量的值对应信号量对象的实例数目（资源数目），假如信号量值为N，则表示共有N个信号量实例（资源）可以被使用，当信号量实例数目为零时，请求该信号量的线程就会被挂起在该信号量的等待队列上，等待可用的信号量实例（资源）。
信号量控制块
在RT-Thread 中，信号量控制块是操作系统用于管理信号量的一个数据结构。
其定义如下：
struct rt_semaphore
{
struct rt_ipc_object parent; /* <inherit from ipc_object */
rt_uint16_t value; /* <value of semaphore */
};
定义静态信号量：
struct rt_semaphore static_sem
定义动态信号量：
动态信号量需要后续分配内存空间
rt_sem_t dynamic_sem
其含义同静态线程控制块和动态线程控制块
信号量的操作
初始化与脱离
信号量的初始化和脱离是针对静态信号量来说的
rt_err_t rt_sem_init(rt_sem_t sem, const char *name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag)
rt_err_t rt_sem_detach(rt_sem_t sem)
rt_sem_init
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| sem | 静态信号量的指针 |
| name | 信号量的名称 |
| value | 信号量的初始值 |
| flag | 信号量的标志，可选（RT_IPC_FLAG_FIFO、RT_IPC_FLAG_PRIO） |
flag 参数决定了当信号量不可用时，其等待信号量的多个线程的排队方式：
- RT_IPC_FLAG_FIFO：线程将按照先进先出的方式排队（先进入等待列表的线程将优先获得信号量实例）
- RT_IPC_FLAG_PRIO：线程将按照优先级大小的方式排队（优先级高的线程将先获得信号量）
通过rt_sem_init 函数就可以将静态信号量加入到系统的对象管理器
rt_sem_detach
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| sem | 静态信号量的指针 |
该函数可将信号量从内核的管理器中移除
当后续不再需要使用该信号量即可将其脱离
创建与删除
信号量的创建与删除是针对动态信号量来说的
rt_sem_t rt_sem_create(const char *name, rt_uint32_t value, rt_uint8_t flag)
rt_err_t rt_sem_delete(rt_sem_t sem)
rt_sem_create
该函数参数和静态信号量创建函数rt_sem_init 大体相同，该函数返回指向动态信号量指针
注意：当创建完动态信号量后需要进行判断是否成功创建，通过判断其返回值是否为RT_NULL
rt_sem_delete
当后续不再需要使用该信号量即可将其删除，释放系统资源
获取信号量
rt_err_t rt_sem_take(rt_sem_t sem, rt_int32_t time)
rt_err_t rt_sem_trytake(rt_sem_t sem)
rt_sem_take
获取信号量需要向该函数传入目标信号量指针和一个时间参数：
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| sem | 目标信号量指针 |
| time | 等待时间 |
当信号量大于零时，调用该函数会立即返回信号量的值，并将信号量值减一；但若信号量值为零，则根据参数time 进行等待，time 单位为系统滴答。当time 为负数时，该线程将永远等待
RT_WAITING_FOREVER = -1
注意：由于获取信号量可能会使线程挂起，故我们只能在线程中调用该函数，而不能在中断中调用，否则会导致中断得不到信号量而不符合快进快出的特性。
rt_sem_trytake
该函数实际上是time 参数为0 的rt_sem_take 函数
释放信号量
rt_err_t rt_sem_release(rt_sem_t sem)
该函数与rt_sem_take 相反，调用该参数将使信号量加一。
此时若有线程被该信号量挂起时，调用该参数将使其唤醒。
信号量使用示例
#define THREAD_PRIORITY 25
#define THREAD_TIMESLICE 5
/* 指向信号量的指针 */
static rt_sem_t dynamic_sem = RT_NULL;
ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
static char thread1_stack[1024];
static struct rt_thread thread1;
static void rt_thread1_entry(void *parameter)
{
static rt_uint8_t count = 0;
while (1)
{
if (count <= 100)
{
count++;
}
else
return;
/* count每计数10次，就释放一次信号量 */
if (0 == (count % 10))
{
rt_kprintf("thread1 release a dynamic semaphore.\n");
rt_sem_release(dynamic_sem);
}
}
}
ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
static char thread2_stack[1024];
static struct rt_thread thread2;
static void rt_thread2_entry(void *parameter)
{
static rt_err_t result;
static rt_uint8_t number = 0;
while (1)
{
/* 永久方式等待信号量，获取到信号量，则执行number自加的操作 */
result = rt_sem_take(dynamic_sem, RT_WAITING_FOREVER);
if (result != RT_EOK)
{
rt_kprintf("thread2 take a dynamic semaphore, failed.\n");
rt_sem_delete(dynamic_sem);
return;
}
else
{
number++;
rt_kprintf("thread2 take a dynamic semaphore. number = %d\n", number);
}
}
}
/* 信号量示例的初始化 */
int semaphore_sample()
{
/* 创建一个动态信号量，初始值是0 */
dynamic_sem = rt_sem_create("dsem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
if (dynamic_sem == RT_NULL)
{
rt_kprintf("create dynamic semaphore failed.\n");
return -1;
}
else
{
rt_kprintf("create done. dynamic semaphore value = 0.\n");
}
rt_thread_init(&thread1,
"thread1",
rt_thread1_entry,
RT_NULL,
&thread1_stack[0],
sizeof(thread1_stack),
THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
rt_thread_startup(&thread1);
rt_thread_init(&thread2,
"thread2",
rt_thread2_entry,
RT_NULL,
&thread2_stack[0],
sizeof(thread2_stack),
THREAD_PRIORITY - 1, THREAD_TIMESLICE);
rt_thread_startup(&thread2);
return 0;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(semaphore_sample, semaphore sample);