PIC24 tnkernel:ref:sem

TNKernel : Семафоры

2008-07-21T01:32:48+03:00

TNKernel : Семафоры

Введение

Семафор - это объект RTOS, предназначенный для синхронизации задач и обеспечения конкурентного доступа к ресурсам программы. В текущий момент времени только одна задача может "владеть" семафором. Задача, пытающаяся завладеть уже захваченным семафором переводится в состояние WAITING и ставится в очередь задач, ожидающих семафор, до тех пор пока он не будет освобожден.

Существует несколько типов семафоров - счетный семафор, двоичный семафор (подтип счетного) и семафор конкурентного доступа или мютекс. В TNKernel мютекс является отдельным объектом и рассмотрен в соответствующем разделе.

Счетный семафор можно сравнить с менеджером отеля у которого есть несколько ключей от одной комнаты. Менеджер будет выдавать жильцам комнаты (задачам RTOS) ключи до тех пор, пока они не кончатся (семафор захвачен). Как только один из жильцов вернет ключ от комнаты, он сразу будет выдан жильцу (задаче), ожидающему ключ.

Таким образом со счетным семафором ассоциировано такое понятие как счетчик свободных ресурсов. Если счетчик больше нуля - семафор может быть захвачен одной из задач, при этом счетчик ресурсов уменьшается на единицу. Если счетчик равен нулю - семафор заблокирован, и все задачи пытающиеся его захватить будут поставлены в очередь ожидания семафора. Как только счетчик ресурсов семафора станет больше нуля - семафор захватит первая задача из очереди ожидающих.

Двоичный семафор является подтипом счетного - его счетчик свободных ресурсов может принимать только значения 0 (захвачен) и 1 (свободен). В TNKernel семафоры не разделяются на двоичные и счетные - максимальное значение счетчика ресурсов задается при создании семафора.

В TNKernel освободившийся семафор захватит задача, которая стоит первой в очереди задач ожидающих этот семафор, вне зависимости от приоритетов задач в очереди.

Структура управления семафором

Каждый семафор ассоциируется со структурой управления:

typedef struct TN_SEM_S_STRUCT
{
    CDLL_QUEUE_S        wait_queue;
    TN_UWORD            count;
    TN_UWORD            max_count;
    TN_OBJ_ID           id_sem;
} TN_SEM_S;

В состав структуры семафора входят следующие элементы:

`wait_queue`	Очередь задач, ожидающих освобождения семафора
`count`	Счетчик свободных ресурсов семафора
`max_count`	Максимальное значение счетчика свободных ресурсов
`id_sem`	Поле идентификации объекта как семафора

Структура семафора доступна только при определении TN_DEBUG. Тем не менее, прямой доступ к элементам структуры семафора крайне не рекомендуется, так как это является вмешательством в работу планировщика и других сервисов RTOS.

Сервисы управления семафорами

TNKernel имеет следующий набор функций (сервисов) для управления семафорами:

Сервис	Описание	Свойства
Создание и удаление семафора
tn_sem_create()	Создание семафора
tn_sem_delete()	Удаление семафора
Освобождение семафора
tn_sem_signal()	Освобождение семафора
tn_sem_isignal()	Освобождение семафора в прерывании
Захват семафора
tn_sem_acquire()	Захват семафора
tn_sem_polling()	Попытка захвата семафора без блокировки задачи
tn_sem_ipolling()	Попытка захвата семафора в прерывании

tn_sem_acquire()

2008-06-20T13:48:28+03:00

tn_sem_acquire()

Сервис предназначен для захвата семафора.

Если счетчик свободных ресурсов семафора больше нуля (семафор свободен), то задача, которая пытается захватить семафор продолжает выполнение, а счетчик ресурсов уменьшается на единицу.

Если счетчик свободных ресурсов семафора равен нулю (семафор захвачен), то задача, которая пытается захватить семафор ставится в конец очереди задач ожидающих семафор и переводится в состояние ожидания. Счетчик ресурсов семафора не меняется.

Параметр timeout задает время ожидания семафора в системных тиках. Если в течении этого времени семафор не будет захвачен задачей, она удаляется из очереди ожидающих семафор и переводится в состояние готовых к выполнению. Сервис возвращает значение TERR_TIMEOUT.

Если значение параметра timeout равно TN_WAIT_INFINITE, то будет ожидать семафор до тех пор, пока он не освободиться.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_acquire (TN_SEM *sem, TN_TIMEOUT timeout);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора
timeout: таймаут в течение которого задача ожидает семафор

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_NOEXS: попытка захвата объекта, не являющегося семафором.
TERR_WCONTEXT: попытка захвата семафора в прерывании или в пользовательской критической секции
TERR_TIMEOUT: выход из сервиса по таймауту
TERR_DLT: выход из сервиса, так как ожидаемый семафор удален
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

TN_SEM sem_test;
 
tn_sem_acquire(&sem_test, 10);

К списку сервисов

tn_sem_create()

2008-04-26T03:27:09+03:00

tn_sem_create()

Функция предназначена для создания семафора. Поле id_sem структуры sem должно быть равно нулю до момента создания семафора. Таким образом уже созданные семафоры защищаются от повторного создания.

Память для управляющей структуры sem должна быть выделена до момента создания семафора. Память может быть выделена на этапе компиляции (объявление глобальной переменной типа TN_SEM), либо динамически, если пользовательское приложение использует менеджер памяти.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_create(TN_SEM *sem, TN_UWORD start_value, TN_UWORD max_val);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора типа TN_SEM. Структура должна быть создана до момента вызова функции, статически или динамически
start_value: начальное значения счетчика свободных ресурсов семафора. Если этот параметр равен 0, то семафор считается занятым на момент создания.
max_val: максимальное значение счетчика свободных ресурсов семафора. Если этот параметр равен 1, то создается двоичный семафор.

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_EXS: попытка создания семафора, который уже создан
TERR_WCONTEXT: попытка создания семафора в прерывании или в пользовательской критической секции
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

TN_SEM sem_test;
 
tn_sem_create(&sem_test, 1, 1);  /* создается свободный бинарный семафор */

К списку сервисов

tn_sem_delete()

2008-04-26T03:39:22+03:00

tn_sem_delete()

Функция предназначена для удаления семафора. Поле id_sem структуры sem после выполнения сервиса устанавливается в 0. Все задачи, ожидающие семафор, выйдут из сервиса ожидания с кодом возврата TERR_DLT.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_delete (TN_SEM *sem);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора типа TN_SEM.

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_NOEXS: попытка удалить объект, который не является семафором
TERR_WCONTEXT: попытка удаления семафора в прерывании или в пользовательской критической секции
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

extern TN_SEM sem_test;
 
tn_sem_delete(&sem_test);

К списку сервисов

tn_sem_ipolling()

2008-05-04T15:38:12+03:00

tn_sem_ipolling()

Сервис предназначен для захвата одного ресурса семафора в прерывании.

Если счетчик свободных ресурсов семафора больше нуля (семафор свободен), он уменьшается на единицу. Если счетчик свободных ресурсов семафора равен нулю (семафор захвачен), сервис возвращает код TERR_TIMEOUT, а счетчик ресурсов семафора не меняется.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_ipolling (TN_SEM *sem);

Разрешен вызов:

В прерывании

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_NOEXS: попытка захвата объекта, не являющегося семафором.
TERR_WCONTEXT: попытка захвата семафора в контексте задачи
TERR_TIMEOUT: семафор уже захвачен
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

extern TN_SEM sem_test;
 
tn_sys_interrupt (_T2Interrupt)        /* прерывание от таймера */
{
    IFS0bits.T2IF = 0;                 /* сброс флага прерывания */
    if (tn_task_ipolling(&sem_test) == TERR_NO_ERR)
    {
        /* ... */
    }
}

К списку сервисов

tn_sem_isignal()

2008-04-27T02:45:47+03:00

tn_sem_isignal()

Сервис увеличивает счетчик свободных ресурсов семафора или, другими словами, освобождает семафор в прерывании.

Если семафор был занят, то задача, стоящая первой в очереди ожидающих семафор, активируется после выхода из прерывания. Счетчик ресурсов семафора при этом не меняется.

Если очередь задач ожидающих семафор пуста, и счетчик свободных ресурсов меньше максимального значения, то он увеличивается на единицу. Если счетчик свободных ресурсов равен максимальному значению, то он не увеличивается и сервис возвращает код TERR_OVERFLOW.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_isignal (TN_SEM *sem);

Разрешен вызов:

В прерывании

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_NOEXS: попытка освобождения объекта, не являющегося семафором.
TERR_WCONTEXT: попытка освобождения семафора в контексте задачи
TERR_OVERFLOW: счетчик свободных ресурсов достиг максимального значение
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

external TN_SEM sem_test;
 
tn_sys_interrupt (_T2Interrupt)        /* прерывание от таймера */
{
    IFS0bits.T2IF = 0;                 /* сброс флага прерывания */
    tn_task_isignal(&sem_test);        /* освобождение семафора sem_test */
}

К списку сервисов

tn_sem_polling()

2008-04-27T02:42:04+03:00

tn_sem_polling()

Сервис предназначен для захвата одного ресурса семафора без перевода задачи в состояние ожидания.

Если счетчик свободных ресурсов семафора больше нуля (семафор свободен), он уменьшается на единицу. Если счетчик свободных ресурсов семафора равен нулю (семафор захвачен), сервис возвращает код TERR_TIMEOUT. Счетчик ресурсов семафора не меняется. В любом случае задача не блокируется.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_polling (TN_SEM *sem);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_NOEXS: попытка захвата объекта, не являющегося семафором.
TERR_WCONTEXT: попытка захвата семафора в прерывании или в пользовательской критической секции
TERR_TIMEOUT: семафор уже захвачен
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

TN_SEM    sem_test;
 
if (tn_sem_polling(&sem_test) == TERR_NO_ERR)
{
    /* ... */
}

К списку сервисов

tn_sem_signal()

2008-04-27T02:16:36+03:00

tn_sem_signal()

Сервис увеличивает счетчик свободных ресурсов семафора или, другими словами, освобождает семафор.

Если семафор был занят, то задача, стоящая первой в очереди ожидающих семафор, активируется. Счетчик ресурсов семафора при этом не меняется.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sem_signal (TN_SEM *sem);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

sem: указатель на структуру семафора

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра (замечание: данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров)
TERR_NOEXS: попытка освобождения объекта, не являющегося семафором.
TERR_WCONTEXT: попытка освобождения семафора в прерывании или в пользовательской критической секции
TERR_OVERFLOW: счетчик свободных ресурсов достиг максимального значение
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

TN_SEM sem_test;
 
tn_sem_signal(&sem_test);

К списку сервисов