Всем привет, продолжаем дальше на практике изучать FreeRTOS на базе STM32F429i – DISCO. Сегодня на повестки дня семафоры.
Семафор — объект, ограничивающий количество потоков, которые могут войти в заданный участок кода. Определение введено Эдсгером Дейкстрой. Семафоры используются при передаче данных через разделяемую память.
Семафор — это объект, с которым можно выполнить три операции.
init(n): счётчик := n enter(): ждать пока счётчик станет больше 0; после этого уменьшить счётчик на единицу. leave(): увеличить счётчик на единицу.
Предположим, что есть такой участок кода:
semaphore.init(5);
// .....
// .....
void DoSomething()
{
semaphore.enter();
// .......
semaphore.leave();
}
Тогда не более пяти потоков могут одновременно выполнять функцию DoSomething().
В более сложных семафорах может использоваться очередь; при этом потоки, ожидающие освобождения семафора, будут проходить через семафор именно в том порядке, в котором они вызывали enter().
Применение семафоров
Вот некоторые из проблем, которые могут решать семафоры.
запрет одновременного выполнения заданных участков кода;
поочерёдный доступ к критическому ресурсу (важному ресурсу, для которого невозможен (или нежелателен) одновременный доступ).
Следующий пример показывает, как наладить поочерёдный доступ к консоли.
semaphore.init(1);
// Поток 1:
semaphore.enter();
cout < < "Состояние массива: ";
for (int i=0; i<n; i++)
cout << a[i] << ' ';
cout << '\n';
semaphore.leave();
// Поток 2:
semaphore.enter();
cout << "Нажато Esc.\n";
semaphore.leave();
Этот код поможет предотвратить появление вывода наподобие
Состояние массива: 1 2 3 Нажато Esc. 4 5 6
Проблемы семафоров
Во-первых, можно написать программу с «утечкой семафора», вызвав enter() и забыв вызвать leave(). Реже встречаются ошибки, когда дважды вызывается leave().
Во-вторых, семафоры чреваты взаимной блокировкой потоков. В частности, опасен такой код:
// Поток 1: semaphore1.enter(); semaphore2.enter(); // ... semaphore2.leave(); semaphore1.leave(); // Поток 2: semaphore2.enter(); semaphore1.enter(); // ... semaphore1.leave(); semaphore2.leave();
В качестве примера создадим бинарный семафор, функция vTask1 будет захватывать семафор, при следующем прохождении цикла планировщик переведет ее в блокирующее состояние, пока не возникнет прерывание и функция обработки прерывания не вернет семафор, как только семафор вернули, vTask1 снова захватит семафор и все повториться заново. Чтобы программа корректно работала я переопределяю configASSERT, без неё FreeRTOS и прерывания просто не дружат, и весь проект валится.
#include <assert.h>
#define configASSERT(x) assert(x)
#define LONG_TIME 0xffff
xSemaphoreHandle xBinarySamaphore;
extern void interrupt_button(void){
static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken;
xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_SET);
xSemaphoreGiveFromISR(xBinarySamaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
if( xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE )
{
portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}
}
void SystemClock_Config(void);
static void StartThread(void const * argument);
static void MX_GPIO_Init(void);
typedef struct TaskParam_t{
signed long int period;
} Task;
Task p1;
void vTask1(void *pvParameters){
Task *task_period;
task_period = (Task *)pvParameters;
for(;;){
HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOG, GPIO_PIN_14, GPIO_PIN_RESET);
xSemaphoreTake( xBinarySamaphore, LONG_TIME );
vTaskDelay(task_period->period);
}
vTaskDelete(NULL);
}
int main(void)
{
p1.period = 100;
vSemaphoreCreateBinary(xBinarySamaphore);
HAL_Init();
SystemClock_Config();
HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4);
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
MX_GPIO_Init();
xTaskCreate(vTask1, (signed char *) "LED_GREEN", configMINIMAL_STACK_SIZE + 256, (void *) &p1, 1, NULL);
vTaskStartScheduler();
for(;;);
}
С семафорами на сегодня все! В следующий раз разберем пример для мьютекса. 🙂
Проект freeRTOS_semaphore.7z