任务间的通信和同步
uCOS-II任务间通讯和同步实验15页
二 实验内容
实验内容
使用信号量实现任务间同步 使用邮箱实现任务之间的通讯
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三 预备知识
预备知识
了解操作系统任务调度的机制 了解操作系统任务间通讯的机制 学习uC/OS-II操作系统下多任务应用程序的编写方法
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四 实验设备
实验设备
JX44B0教学实验箱 ADT1000仿真器和ADT IDE集成开发环境 串口连接线
JX44B0实验系统教案 uC/OS-II任务间通讯和同步实验
武汉创维特信息技术有限公司
11.01.2020
提纲
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实验目的
2 实验内容
3 预备知识
4 实验设备
5 基础知识 6 实验过程 7 实验报告要求
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一 实验目的
实验目的
掌握uC/OS-II操作系统下使用信号量解决任务之间的同步 问题
掌握uC/OS-II操作系统下任务间通讯的-II中使用消息队列实现任务之间的通讯
消息队列是uC/OS-II中另一种通讯机制，它可以使一个任 务或者中断服务子程序向另一个任务发送以指针方式定义 的变量。因具体的应用有所不同，每个指针指向的数据结 构变量也有所不同。
uC/OS-II提供了7个对消息队列进行操作的函数：创建消 息队列函数OSQCreate()，等待消息队列函数OSQPend()， 先进先出(FIFO)发送消息函数OSQPost()，后进先出(LIFO) 发送消息函数OSQPostFront()，无等待获取消息函数 OSQAccept()，清空消息队列函数OSQFlush()和查询消息 队列函数OSQQuery()。
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六 实验过程
实验过程
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六 实验报告要求
嵌入式系统中的实时操作系统应用方法
嵌入式系统中的实时操作系统应用方法嵌入式系统已经成为现代科技应用中不可或缺的一部分，从家电到汽车，从智能手机到工业自动化，几乎所有领域都离不开嵌入式系统的支持。
而实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统中的应用则是保证系统任务实时性和可靠性的关键。
实时操作系统是一种能够按照严格的时间要求来处理任务的操作系统。
它的设计目标是保证任务能在预定的时间内得到执行，并且能够及时响应外部事件。
在嵌入式系统中，实时操作系统的应用方法可以大致分为以下几个方面：1. 任务调度嵌入式系统通常有多个任务需要同时进行，这些任务可能具有不同的优先级和时间要求。
实时操作系统通过任务调度算法来确定哪个任务可以得到执行，如何分配处理器资源以及任务的优先级。
常用的任务调度算法包括先来先服务（FCFS）和优先级调度算法。
开发人员可以根据任务的特点选择合适的调度算法，以满足系统的实时要求。
2. 中断处理嵌入式系统中，中断是一种常见的外部事件，如传感器输入、通信数据接收等。
实时操作系统通过中断处理机制来及时响应这些外部事件，并且保证任务能够在正确的时刻被中断执行。
中断处理的方法包括设置中断向量表、中断服务例程的编写和中断处理的优先级管理等。
3. 任务通信与同步在嵌入式系统中，任务之间往往需要进行通信和同步。
实时操作系统提供了一系列的通信与同步机制，如事件标志、消息队列、信号量和互斥锁等。
这些机制可以保证任务之间的有序交互和数据的正确共享，提高系统的实时性和可靠性。
4. 内存管理嵌入式系统通常具有有限的内存资源，因此需要进行有效的内存管理。
实时操作系统提供了内存管理的机制，如静态内存分配和动态内存分配。
开发人员可以根据系统的需求选择合适的内存管理方式，并进行内存分配和回收操作，以提高系统的性能和稳定性。
5. 设备驱动程序开发嵌入式系统通常需要与各种外部设备进行交互，如传感器、执行器、通信模块等。
实时操作系统通过设备驱动程序的开发来实现与外部设备的连接和控制。
freertos event机制
FreeRTOS Event机制1. 简介FreeRTOS是一个流行的开源实时操作系统（RTOS），广泛应用于嵌入式系统中。
它提供了丰富的功能和特性，其中之一就是Event机制。
Event机制是一种用于线程间通信和同步的机制，可以实现任务之间的协作和数据传递。
本文将详细介绍FreeRTOS的Event机制，包括其基本概念、使用方法、实现原理以及相关的API函数。
2. 基本概念2.1 事件（Event）事件是指一个线程可能感兴趣的状态或条件，如某个任务完成、某个资源可用等。
在FreeRTOS中，事件可以用一个32位的二进制位图表示，每一位对应一个事件。
2.2 事件组（Event Group）事件组是一组相关的事件，可以由一个或多个任务等待和设置。
一个事件组可以包含多个事件，每个事件对应一个位。
2.3 事件标志（Event Flag）事件标志是一个特殊的事件组，只包含一个事件。
它可以用于简化只关心某个特定事件的情况。
2.4 事件控制块（Event Control Block，ECB）事件控制块是FreeRTOS中用于管理事件的数据结构，包含了事件组的状态信息、等待任务的列表等。
每个事件组都对应一个事件控制块。
3. 使用方法3.1 创建事件组要使用Event机制，首先需要创建一个事件组。
可以使用xEventGroupCreate()函数来创建一个新的事件组，该函数返回一个指向事件控制块的指针。
EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void );3.2 设置事件要设置一个事件，可以使用xEventGroupSetBits()函数。
该函数会将指定的事件位设置为1，表示该事件发生了。
EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup, EventBits_t ux BitsToSet );3.3 清除事件要清除一个事件，可以使用xEventGroupClearBits()函数。
T-ENGINE(3)同步和通信
一个计数信号量：是一个32 位的变量，初始值表示可以 使用的资源数量，初始值为0表示资源开始处于锁住状 态，一个非0的值表示有多个资源供多个任务访问。
等待Semaphore的Task的等待队列。等待队列属性 可以是FIFO或者Priority方式
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Semaphore （调用）
如果event flag的位模式与等待位模式一致 时，任务可以继续进行处理，如果不一致，任 务就不做继续处理，迁移到wait状态，并进 入到event的等待队列中。
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Event Flag（范例 ）
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Event Flag（使用 ）
Event Flag的生成
Semaphore Count表示资源
数量
Semphore Count
n
Task Wait Q
Task A
Task B
wai_sem -1
资源使用中
wai_sem
没有得到资源， Task迁移到Wait状 态，能够得到资源 处于Ready状态
sig_sem +1
当Wait Q中存在等待Tsk时， 不对Counter +1，而是将资 源传递给Wait Q中的开头的 Task中
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任务间同步和通信
任务间同步和通信的场景 T-Engine中的同步和通信机制 Event Flag Semaphore MailBox
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任务间同步和通信的场景
freertos任务划分规则
freertos任务划分规则FreeRTOS是一种流行的实时操作系统（RTOS），它广泛应用于嵌入式系统领域。
在使用FreeRTOS开发嵌入式应用程序时，任务的划分是至关重要的。
本文将介绍一些常用的任务划分规则，以帮助开发者更好地设计和管理任务。
1. 任务的功能划分任务的划分应该根据功能模块来进行。
将不同功能的代码封装成不同的任务，有助于提高代码的可维护性和可重用性。
比如，可以将与传感器交互的代码封装成一个任务，将数据处理的代码封装成另一个任务，将与用户交互的代码封装成第三个任务，以此类推。
2. 任务的优先级划分任务的优先级决定了任务的调度顺序。
一般情况下，优先级越高的任务会被更早地调度执行。
在划分任务的优先级时，可以根据任务的紧急程度、对系统资源的需求等因素来进行。
比如，与硬件交互的任务可能需要更高的优先级，以确保实时性。
3. 任务的执行时间划分任务的执行时间也是划分任务的一个重要考虑因素。
根据任务的执行时间，可以将长时间执行的任务划分为若干个子任务，以提高系统的响应速度和实时性。
此外，还可以利用FreeRTOS提供的延时函数，合理安排任务的执行时间，避免长时间占用CPU资源。
4. 任务的通信与同步在多任务系统中，任务之间的通信和同步是必不可少的。
FreeRTOS 提供了多种任务通信和同步的机制，比如消息队列、信号量、互斥锁等。
在划分任务时，可以根据任务之间的依赖关系和数据交互的需求，选择合适的通信和同步机制，确保任务之间的协作顺利进行。
5. 任务的周期性划分对于周期性任务，可以根据任务的周期来划分。
比如，定时采集传感器数据的任务可以设置为一个周期性任务，每隔一定时间执行一次。
这样可以有效地利用系统资源，提高系统的实时性。
6. 任务的资源需求划分不同的任务可能对系统资源的需求不同。
在划分任务时，需要考虑任务对CPU、内存、IO等资源的需求，合理分配系统资源，以避免资源争用和系统崩溃等问题。
可以根据任务的资源需求设置任务的堆栈大小、优先级等参数。
ucosiii环境下事件组的使用方法
ucosiii环境下事件组的使用方法
在使用ucosiii环境下的事件组时，我们需要了解其基本使用方法和操作步骤。
事件组是一种用于任务间通信和同步的机制，能够确保任务按照特定的顺序执行。
首先，我们需要创建一个事件组对象。
可以使用`OS_EVENT_GRP`类型的变量来定义事件组对象，并使用`OSEventCreate()`函数来创建事件组。
该函数会返回一
个指向事件组对象的指针。
接下来，我们可以使用`OSEventPend()`函数来等待事件组的某个特定事件发生。
该函数会挂起当前任务，直到指定的事件发生为止。
可以通过设置参数来指定等待的事件，如事件组对象指针、事件位掩码以及等待方式。
在其他任务中，我们可以使用`OSEventPost()`函数来触发事件组的特定事件。
该函数根据传入的事件位掩码，将对应的事件置为就绪状态。
然后，等待中的任务将会被唤醒，继续执行。
需要注意的是，在使用事件组时要考虑到任务的优先级。
高优先级任务可能会
抢占低优先级任务的资源，因此可能需要禁止任务抢占或者使用优先级继承来避免优先级翻转问题。
另外，为了确保事件组的正确使用，我们需要及时删除不再使用的事件组对象。
可以使用`OSDestoryEvent()`函数来销毁事件组对象，并释放相关的资源。
总之，通过了解ucosiii环境下事件组的使用方法，我们可以实现任务之间的同步和通信。
使用事件组可以有效地控制任务的执行顺序，并且能够提高系统的可靠性和响应性。
嵌入式操作系统_第7章 ucOS-II - 任务的同步互斥通信
IO)N；SO当就T_函8SE任绪USV数e务状EmON等P态S的TeS待n。e*返dmp的允如ePv回o时许果esnt间用值t参(/超参数/为信过数ti号已mttii量emmo创eeu的ootu被u建指tt时设设针的可置置信以一为结个0号，束等量则等待表的待时明状间指任态的针务而限。的进制入，等
待时间为无限长。 调用函数成功后，函数返回值为OS_ON_ERR，否则会根据具体 错误返回OS_ERR_EVENT_TYPE、OS_SEM_OVF。
函块以8 位IO)表数，N；至函vOS赋o明TO把S_占数i8低号号优_EdS这以U成EMVO用O８ 先为值V是ESu员pOS这ENtMre无位级（M一SiNOTxo个uMTuCS个t效和（反该*te资uEre*pxet互xvpee）高转值Pa欲源Pevxete斥enevePn的，８现为(提ntneodT型dnts()y其t高位象0t从升,)p/信(/x的e他(/互/空８两而F赋互的号原任F斥事位部要斥以量时优型务型件型常用分提，为，先释信控信数然：来：升放信号级制号后O了存低的量号别S块量再该指_放８优为链指E）把信针V为位先有针表成，E号N了用级获效员量低T取避来别O_，。8TS一免存pY否位ErPv个i出放则oeE赋n。事_t现信M信C以件nUt常控的TE制数高X
freertos任务间通信方式
freertos任务间通信方式
FreeRTOS支持多种任务间通信方式，以下是一些常用的方式：
1. 信号量（Semaphore）：信号量是一种简单且有效的任务同步方式。
它可以用来实现互斥访问共享资源或者控制任务之间的执行顺序。
任务可以通过等待信号量来暂停自己的执行，直到信号量可用时再继续执行。
当任务使用完共享资源后，还可以释放信号量，使得其他任务可以继续访问共享资源。
2. 队列（Queue）：队列是一种任务间传递数据的方式。
一个任务可以将数据发送到队列中，而另一个任务则可以从队列中接收这些数据。
队列有固定的大小，当队列已满时，发送任务会被阻塞，直到有空间可用。
同样地，当队列为空时，接收任务也会被阻塞，直到有数据可用。
3. 事件组（Event Group）：事件组是一种多任务同步和通信的机制。
一个任务可以创建一个事件组，并将一些特定的事件标志位设置为有效或无效。
其他任务可以等待某些特定的事件发生，或者等待所有事件都发生后再继续执行。
事件组可以用于任务间的同步和通知。
4. 互斥量（Mutex）：互斥量是一种用于实现临界区保护的机制。
当一个任务进入临界区时，它可以获取互斥量，进入临界区执行操作。
其他任务则需要等待互斥量的释放才能进入临界区。
互斥量可以保证在任意时刻只有一个任务可以访问
临界资源，从而避免竞态条件和数据不一致的问题。
这些通信方式可以根据实际需求进行选择和组合使用，以实现任务间的有效协作和数据交换。
同时，FreeRTOS还提供了其他的通信方式和同步机制，如任务通知、软件定时器等，开发者可以根据具体应用场景选择适合的方式。
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任务及中断间的同步与通信机制
• 实时操作系统的功能一般要通过若干任务和中断服务程序共同完成。 任务与任务之间、任务与中断间任务及中断服务程序之间必须协调动 作，互相配合，这就涉及任务间的同步与通信问题。嵌入式实时操作 系统通常是通过信号量、互斥信号量、事件标志和异步信号来实现同 步，通过消息邮箱、消息队列、管道和共享内存来提供通信服务。由 于互斥信号量的使用，带来了实时操作系统中常见的优先级反转问题。 优先级反转是一种不确定的延迟形式，当高优先级任务企图访问已被 低优先级占有的共享资源时，必须等待低优先级任务释放共享资源； 如果这时低优先级任务被一个或多个中优先级任务抢占，那么高优先 级任务被延迟的时间将更进一步延长，实时性难以保证。因此，应采 取相关措施以尽鼍避免出现优先级反转问题。实时系统通常采用优先 级继承和优先级置顶机制。 • 优先级继承足指拥有互斥量的任务被提升到与下一个在等待该互斥最 的最高优先级任务相同的优先级；优先级置顶是指获得互斥量的任务 将其优先级提升到一个事先规定好的值。表2为4种操作系统的同步与 通信机制的比较。
• 4种系统都具有灵话的任务间同步与通信机 制，都可以通过信号量、消息队列来实现 同步与通信，但是VxWorks与μClinuቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ都不 支持邮箱和事件标志，而且除了μClinux和 eCos中的位图调度器，其他操作系统都采 取了措施抑制优先级反转。
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两个任务的单向同步 例如：按键任务为控制任务，蜂鸣器任务为被控任务。当按键任务完成时会发出一个信号量，这时 蜂鸣器任务就会执行。 注意：任务的优先级问题会影响实时性。如上例，只有在按键任务执行完后挂起时蜂鸣器任务才能 执行，要是把两个任务的优先级对调，那么会提高响应速度，系统的实时性就要好一些。（例程见 《基于嵌入式实时操作系统的程序设计》P68） 两个任务的双向同步 两个任务可以互相制约，这样可以解决供大于求或供不应求这样的情况发生，使产销达到平衡，用 到事件标志组。 例如1：三个任务，分别是显示任务、按键任务、蜂鸣器任务（100ms响一次）、和显示任务。当 按键任务和蜂鸣器任务都完成时触发显示任务。在一定时间内按键任务触发次数多时，显示的数值 为蜂鸣器响的次数，当按键任务触发的次数小于蜂鸣器任务时，显示的数值为按键的执行次数。任 务的关系事实上是逻辑与的关系，即只有万事俱备才能执行，这样实现任务的双向同步。 例如2：系统执行三个任务，即显示任务、按键任务和蜂鸣器任务。蜂鸣器响一声显示数目加一， 按键任务执行显示再加一。逻辑或关系的同步事件，它具有补充控制的特点，只要有一个条件满足 即执行。（例程见《基于嵌入式实时操作系统的程序设计》P77）