嵌入式实时操作系统的设计与开发（九）

同步机制

aCoral信号量机制不仅可以实现临界资源互斥访问，控制系统中临界资源多个实例的使用，还可以用于维护线程之间、线程和中断之间的同步。

当信号量用来实现同步时，起始值为0，如一个线程正在等待某个I/O操作，当该I/O操作完成后，中断服务程序（或另一个线程）发出信号量，该线程得到信号量后才能继续往下执行。也就是说，某个线程将一直处于等待状态，除非获取了其它线程发给它的信号量。
在实现时，资源的实例数用“1-semNum”来表示，0代表有一个资源，-1代表有两个资源，1代表已经没有资源，且有一个任务在等待该资源。

互斥的信号量初始值在创建时设置为1，1-semNum=0，是小于等于0，表明当前没有线程获取该信号量。
同步的信号量初始值为0,1-semNum>=0，表明所同步的事件尚未发生。

通信机制

线程之间、线程与中断服务子程序之间还需要通信机制，也就是信息交互。
例如，线程A在执行过程中需要使用线程B（或中断服务子程序）产生的数据，那么B如何将数据传送给A呢？

邮箱

邮箱（MailBox）可以用来实现线程之间同步和通信功能。

假设线程2从邮箱中接收线程1发过来的信息（该信息被称为邮件）。线程2在同步点从邮箱中接收消息，如果线程1此时还没有执行到同步点，则邮箱中是不会有消息的，此时线程2会将自己挂起；当线程1执行到同步点时，会向邮箱中发送一条消息，此时就会激活挂起的线程2，继续执行。
一个线程将需要交互的信息发送到邮箱，另一个线程从邮箱中读出。
邮箱机制依赖于事件控制块acoral_evt_t，acoral_evt_t data成员就是用来挂载线程间传递的信息。

创建一个邮箱

acoral_evt_t *acoral_mbox_create(){acoral_evt_t *event;event = acoral_alloc_evt();if(NULL == event)return NULL;event->type = ACORAL_EVENT_MBOX;event->count = 0x00000000;event->data = NULL;acoral_evt_init(event);return event;
}

发送信息到邮箱

向邮箱中发送信息的接口为acoral_mbox_send()，传入的参数为先前创建的邮箱的地址（类型为邮箱的事件控制块）和指向信息的指针。

acoral_u32 acoral_mbox_send(acoral_evt_t *event,void *msg){acoral_thread_t *thread;if(NULL == event){return MBOX_ERR_NULL;}if(event->type != ACORAL_EVENT_MBOX)return MBOX_ERR_TYPE;HAL_ENTER_CRITICAL();if(event->data != NULL){HAL_EXIT_CRITICAL();return MBOX_ERR_MES_EXIST;}event->data = msg;thread = acoral_evt_high_thread(event);// 没有等待队列if(NULL == thread){HAL_EXIT_CRITICAL();return MBOX_SUCCED;}timeout_queue_del(thread);acoral_evt_queue_del(thread);acoral_rdy_thread(thread);HAL_EXIT_CRITICAL();acoral_sched();return MBOX_SUCCED;
}

从邮箱获取信息

邮箱中没有信息时，将自己挂到邮箱的等待队列；如果邮箱中有消息，则取出消息。

HAL_ENTER_CRITICAL()；
if(event->data == NULL){cur = acoral_running_thread;acoral_evt_queue_add(event,cur);acoral_unrdy_thread(cur);HAL_EXIT_CRITICAL();acoral_sched();
}

消息

消息机制和邮箱机制很类似，但邮箱一般只能容纳一条信息，消息则会包含一系列消息。

系统定义了一个全局变量g_msgctr_header，通过它可以查找到任一已创建的消息容器。每一个消息容器都可以根据其参数性质来实现不同的通信方式。（如1VS1，1VSn，nVSn，nVS1等）。这里的消息容器只是一个线程间的通信结构acoral_msgctr_t，是消息的存储容器，一个消息容器可以通过它的消息链指针成员，挂载多条消息。而消息结构acoral_msg_t是消息的容器，一个消息结构包含一条消息。

/*消息容器*/
typedef struct{acoral_res_t res;acoral_8 *name;acoral_u8 type;acoral_list_t msgctr_list; //全局消息列表acoral_u32 count; //消息容器上已挂消息的数量acoral_u32 wait_thread_num; //消息容器上已挂等待线程的数量acoral_list_t waiting; //等待线程链指针acoral_list_t msglist; //消息链指针
}acoral_msgctr_t;

/*消息*/
typedef struct{acoral_res_t res;acoral_list_t msglist; //消息链指针，用于挂载到消息容器acoral_u32 id; //消息标识acoral_u32 n;//消息被接受次数，每被接受一次减一，直到0为止acoral_u32 tt; //消息最大声明周期，ticks计数void *data; //消息指针
}acoral_msg_t;

创建消息容器

acoral_msgctr_t* acoral_msgctr_create(acoral_u32 *err){acoral_msg_ctr_t *msgctr;msgctr = acoral_malloc_msgctr();if(msgctr == NULL){return NULL;}msgctr->name = NULL;msgctr->type = ACORAL_MSGCTR;msg->count = 0;msgctr->wait_thread_num = 0;acoral_init_list(&msgctr->msgctr_list);acoral_init_list(&msgctr->msglist);acoral_init_list(&msgctr->waiting);acoral_list_add2_tail(&msgctr->msgctr_list,&(g_msgctr_header.head)); // 将初始化后的消息容器挂到全局消息容器队列g_msgctr_header上。
}

msgctr = acoral_alloc_msgctr(); 申请一片内存空间，从内存资源池中获取一个资源对象供消息容器结构acoral_msgctr_t使用。

acoral_msgctr_t *acoral_alloc_msgctr()
{return (acoral_msgctr_t *)acoral_get_res(&acoral_msgctr_pool_ctr);
}

extern acoral_queue_t g_msgctr_header;

在g_msgctr_header在message.h中定义，extern acoral_queue_t g_msgctr_header;这样就可以在任何需要的地方找到这个消息容器。

创建消息

消息容器并不直接包含消息，在消息容器之下，还有一层是消息结构，因而消息的创建，先是创建消息结构，再将消息挂到消息结构。

acoral_msg_t* acoral_msg_create(acoral_u32 n,acoral_u32 *err,acoral_u32 id,acoral_u32 nTtl, codi *data){acoral_msg_t *msg;msg = acoral_alloc_msg();if(msg == NULL)return NULL;msg->id = id;msg->n = n;msg->ttl = nTtl;msg->data = data;acoral_init_list(&msg-msglist);// 将初始化后的消息挂到消息队列上return msg;
}

发送消息

消息发送时，首先将包含消息的消息结构挂到消息容器的消息链上，然后判断是否有等待的线程，如果有的话，则唤醒最高优先级的线程。

acoral_u32 acoral_msg_send(acoral_msgctrl_t* msgctr,acoral_msg_t *msg){acoral_enter_critical();if(NULL == msgctr){acoral_exit_critical();return MSG_ERR_NULL;}if(NULL == msg){acoral_exit_critical();return MSG_ERR_NULL;}/*消息数限制*/if(ACORAL_MESSAGE_MAX_COUNT <= msgctr->count){acoral_exit_critical();return MSG_ERR_COUNT;}/*增加消息，将包含消息的消息结构挂到消息容器的消息链上*/msgctr->count++;msg->ttl += acoral_get_ticks(&msg->msglist,&msgctr->msglist);/*唤醒等待*/if(msgctr->wait_thread_num > 0){/*唤醒最高优先级线程*/wake_up_thread(&msgctr->waiting);msgctr->wait_thread_num--;}acoral_exit_critical();acoral_sched();return MSGCTR_SUCCED;
}

消息接收

消息接收函数的接口为void *acoral_msg_recv(acoral_msgctr_t *msgctr, acoral_u32 id,acoral_time timeout,acoral_u32 *err)，需要的参数是消息容器指针msgctr，指出要从哪个消息容器接收消息，指定接收消息的ID，超时时间和错误返回码。

void *acoral_msg_recv(acoral_msgctr_t *msgctr, acoral_u32 id,acoral_time timeout,acoral_u32 *err){void *data;acoral_list_t *p,*q;acoral_msg_t *pmsg;acoral_thread_t *cur;if(acoral_intr_nesting > 0){*err = MSG_ERR_INTR;return NULL;}if(NULL == msgctr){*err = MSG_ERR_NULL;return NULL;}cur = acoral_cur_thread;acoral_enter_critical();if(timeout > 0){ //需要进行超时处理，以ms为单位cur->delay = TIME_TO_TICKS(timeout);timeout_queue_add(cur);}while(1){p = &msgctr->msglist; q = p->next;for(;p!=q;q=q->next){pmsg = list_entry(q,acoral_msg_t,msglist);if((pmsg->id==id)&&(pmsg->n>0)){pmsg->n--;timeout_queue_del(cur);data = pmsg->data;acoral_list_del(q);acoral_release_res((acoral_res_t *)pmsg);msgctr->count--;acoral_exit_critical();return data;}}/*没有接收消息*/msgctr->wait_thread_num++;acoral_msgctr_queue_add(msgctr,cur);acoral_unrdy_thread(cur);acoral_exit_critical();acoral_sched();/*看是否超时*/if(timeout > 0 && (acoral_32)cur->delay <= 0)break;}/*超时退出*/if(msgctr->wait_thread_num > 0)msgctr->wait_thread_num--;acoral_list_del(&cur->waiting);acoral_exit_critical();*err = MSG_ERR_TIMEOUT;return NULL;
}

删除消息容器

/*pmsgctr消息容器指针，flag为参数指针，用于区分是否强制删除消息容器，如果指定强制删除，则会先将消息结构释放，然后将等待线程全部就绪，最后释放该消息容器结构。如果不指定强制删除，只有在容器上没有挂载消息和无等待线程时才会将其释放，否则返回错误。*/
acoral_u32 acoral_msg_del(acoral_msgctr_t *pmsgctr,acoral_u32 flag){acoral_list_t *p,*q;acoral_thread_t *thread;acoral_msg_t *pmsg;if(NULL == pmsgctr)return MST_ERR_NULL;//非强制删除if(flag == MST_DEL_UNFORCE){if((pmsgctr->count>0) || (pmsgctr->wait_thread_num > 0))return MST_ERR_UNDEF;else{acoral_release_res((acoral_res_t *)pmsgctr);}}else{//强制删除if(pmsgctr->wait_thread_num > 0){p = &msgctr->waiting;q = p->next;for(;q!=p;q=q->next){thread=list_entry(q,acoral_thread_t,waiting);acoral_rdy_thread(thread);}}//释放消息结构if(msgctr->count>0){p = &msgctr->msglist;q = p->next;for(;p!=q;q=q->next){pmsg = list_entry(q,acoral_msg_t,msglist);acoral_list_del(q);acoral_release_res((acoral_res_t *)pmsg);            }}acoral_release_res((acoral_res_t *)pmsgctr);}
}

/*删除消息*/
acoral_u32 acoral_msg_del(acoral_msg_t *msg){if(NULL != pmsg){acoral_release_res((acoral_res_t *)pmsg);}
}