LiteOS互斥鎖怎么使用

本篇內(nèi)容主要講解“LiteOS互斥鎖怎么使用”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“LiteOS互斥鎖怎么使用”吧!

1. LiteOS的互斥鎖

1.1. 互斥鎖

在多任務(wù)環(huán)境下，往往存在多個(gè)任務(wù)競爭同一共享資源的應(yīng)用場景，互斥鎖可被用于對共享資源的保護(hù)從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)占式訪問?；コ怄i(mutex)又稱互斥型信號量，是一種特殊的二值信號量，用于實(shí)現(xiàn)對共享資源的獨(dú)占式處理。另外，Huawei LiteOS提供的互斥鎖通過優(yōu)先級繼承算法，解決了優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)問題。

1.2. 互斥鎖的使用方式

多任務(wù)環(huán)境下會存在多個(gè)任務(wù)訪問同一公共資源的場景，而有些公共資源是非共享的，需要任務(wù)進(jìn)行獨(dú)占式處理。

互斥鎖怎樣來避免這種沖突呢？

在任意時(shí)刻，互斥鎖的狀態(tài)只有兩種：開鎖和閉鎖。

當(dāng)有任務(wù)持有時(shí)，互斥鎖處于閉鎖狀態(tài)，這個(gè)任務(wù)獲得該互斥鎖的所有權(quán)。當(dāng)該任務(wù)釋放它時(shí)，該互斥鎖被開鎖，任務(wù)失去該互斥鎖的所有權(quán)。當(dāng)一個(gè)任務(wù)持有互斥鎖時(shí)，其他任務(wù)將不能再對該互斥鎖進(jìn)行開鎖或持有。

那么，當(dāng)一個(gè)互斥鎖為加鎖狀態(tài)時(shí)，此時(shí)其他任務(wù)如果想訪問這個(gè)公共資源則會被阻塞，直到互斥鎖被持有該鎖的任務(wù)釋放后，其他任務(wù)才能重新訪問該公共資源，此時(shí)互斥鎖再次上鎖，如此確保同一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)正在訪問這個(gè)公共資源，保證了公共資源操作的完整性。

1.3. 互斥鎖的使用場景

互斥鎖可以提供任務(wù)之間的互斥機(jī)制，用來防止兩個(gè)任務(wù)在同一時(shí)刻訪問相同的共享資源。

除此之外，互斥鎖還可以被用于防止多任務(wù)同步時(shí)造成優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的問題。

2. 互斥鎖API

Huawei LiteOS 系統(tǒng)中的互斥鎖模塊為用戶提供創(chuàng)建/刪除互斥鎖、獲取/釋放互斥鎖的功能。

Huawei LiteOS 系統(tǒng)中提供的互斥鎖 API 都是以 LOS 開頭，但是這些 API 使用起來比較復(fù)雜，所以本文中我們使用 Huawei IoT Link SDK 提供的統(tǒng)一API接口進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些接口底層已經(jīng)使用 LiteOS 提供的API實(shí)現(xiàn)，對用戶而言更為簡潔，API列表如下：

osal的api接口聲明在<osal.h>中，使用相關(guān)的接口需要包含該頭文件，關(guān)于函數(shù)的詳細(xì)參數(shù)請參考該頭文件的聲明。

相關(guān)的接口定義在osal.c中，基于LiteOS的接口實(shí)現(xiàn)在 liteos_imp.c文件中：

2.1. osal_mutex_create

osal_mutex_create接口用于創(chuàng)建一個(gè)互斥鎖，其接口原型如下：

bool_t  osal_mutex_create(osal_mutex_t *mutex)
{
    bool_t ret = false;

    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_create))
    {
        ret = s_os_cb->ops->mutex_create(mutex);
    }

    return ret;

}

該接口的參數(shù)說明如下表：

2.2. osal_mutex_del

osal_mutex_del接口用于刪除一個(gè)互斥鎖，其接口原型如下：

bool_t  osal_mutex_del(osal_mutex_t mutex)
{
    bool_t ret = false;

    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_del))
    {
        ret = s_os_cb->ops->mutex_del(mutex);
    }

    return ret;

}

該接口的參數(shù)說明如下表：

2.3. osal_mutex_lock

osal_mutex_lock接口用于獲取一個(gè)互斥鎖，其接口原型如下：

bool_t  osal_mutex_lock(osal_mutex_t mutex)
{
    bool_t ret = false;

    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_lock))
    {
        ret = s_os_cb->ops->mutex_lock(mutex);
    }

    return ret;

}

2.4. osal_mutex_unlock

osal_mutex_unlock接口用于釋放一個(gè)互斥鎖，如果有任務(wù)阻塞等待該互斥鎖，則喚醒最早被阻塞的任務(wù)，該任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)，并進(jìn)行調(diào)度。

其接口原型如下：

bool_t  osal_mutex_unlock(osal_mutex_t mutex)
{
    bool_t ret = false;

    if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->mutex_unlock))
    {
        ret = s_os_cb->ops->mutex_unlock(mutex);
    }

    return ret;
}

該接口的參數(shù)說明如下表：

3. 動手實(shí)驗(yàn) —— 使用互斥鎖進(jìn)行資源保護(hù)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)中將創(chuàng)建兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)低優(yōu)先級任務(wù)task1，一個(gè)高優(yōu)先級任務(wù)task2，兩個(gè)任務(wù)之間依次對共享資源上鎖、操作、解鎖，在串口終端中觀察兩個(gè)任務(wù)的運(yùn)行情況。

實(shí)驗(yàn)代碼

首先打開上一篇使用的 HelloWorld 工程，基于此工程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在Demo文件夾右擊，新建文件夾osal_kernel_demo用于存放內(nèi)核的實(shí)驗(yàn)文件（如果已有請忽略這一步）。

接下來在此文件夾中新建一個(gè)實(shí)驗(yàn)文件 osal_mutex_demo.c，開始編寫代碼：

/* 使用osal接口需要包含該頭文件 */
#include <osal.h>

/* 任務(wù)優(yōu)先級宏定義（shell任務(wù)的優(yōu)先級為10） */
#define USER_TASK1_PRI  12  //低優(yōu)先級
#define USER_TASK2_PRI  11  //高優(yōu)先級

/* 共享資源 */
uint32_t public_value = 0;

/* 互斥鎖索引ID */
osal_mutex_t public_value_mutex;

/* 任務(wù)task1入口函數(shù) */
static int user_task1_entry()
{
    while(1)
    {
        /* 嘗試獲取互斥鎖 */
        if(true == osal_mutex_lock(public_value_mutex))
        {
            /* 獲取到互斥鎖，對共享資源進(jìn)行操作 */
            printf("\r\ntask1: lock a mutex.\r\n");
            public_value += 10;
            printf("task1: public_value = %ld.\r\n", public_value);

            /* 對共享資源操作完畢，釋放互斥鎖 */
            printf("task1: unlock a mutex.\r\n\r\n");
            osal_mutex_unlock(public_value_mutex);

            /* 滿足條件則結(jié)束任務(wù) */
            if(public_value > 100)
                break;
            
        }
    }

    /* while(1)會執(zhí)行結(jié)束，所以需要返回值 */
    return 0;
}

/* 任務(wù)task2入口函數(shù) */
static int user_task2_entry()
{
    while (1)
    {
        /* 嘗試獲取互斥鎖 */
       if(true == osal_mutex_lock(public_value_mutex))
        {
            /* 獲取到互斥鎖，對共享資源進(jìn)行操作 */
            printf("\r\ntask2: lock a mutex.\r\n");
            public_value += 5; 
            printf("task2: public_value = %ld.\r\n", public_value);

            /* 對共享資源操作完畢，釋放互斥鎖 */
            printf("task2: unlock a mutex.\r\n\r\n");
            osal_mutex_unlock(public_value_mutex);
            
            /* 滿足條件則結(jié)束任務(wù) */
            if(public_value > 90)
                break;
            /* 優(yōu)先級較高，需要掛起一下，讓task1獲取到互斥鎖，否則task2再次上鎖，形成死鎖 */
            osal_task_sleep(10);
        }
    }

    /* while(1)會執(zhí)行結(jié)束，所以需要返回值 */
    return 0;
}

/* 標(biāo)準(zhǔn)demo啟動函數(shù)，函數(shù)名不要修改，否則會影響下一步實(shí)驗(yàn) */
int standard_app_demo_main()
{
    /* 創(chuàng)建互斥鎖public_value_mutex */
    osal_mutex_create(&public_value_mutex);

    /* 創(chuàng)建任務(wù)task1 */
    osal_task_create("user_task1",user_task1_entry,NULL,0x400,NULL,USER_TASK1_PRI);

    /* 創(chuàng)建任務(wù)task2 */
    osal_task_create("user_task2",user_task2_entry,NULL,0x400,NULL,USER_TASK2_PRI);

    return 0;
}

編寫完成之后，要將我們編寫的 osal_mutex_demo.c文件添加到makefile中，加入整個(gè)工程的編譯：

這里有個(gè)較為簡單的方法，直接修改Demo文件夾下的user_demo.mk配置文件，添加如下代碼：

#example for osal_mutex_demo
ifeq ($(CONFIG_USER_DEMO), "osal_mutex_demo")	
    user_demo_src  = ${wildcard $(TOP_DIR)/targets/STM32L431_BearPi/Demos/osal_kernel_demo/osal_mutex_demo.c}
endif

添加位置如圖：

這段代碼的意思是：

如果 CONFIG_USER_DEMO 宏定義的值是osal_mutex_demo，則將osal_mutex_demo.c文件加入到makefile中進(jìn)行編譯。

那么，如何配置 CONFIG_USER_DEMO 宏定義呢？在工程根目錄下的.sdkconfig文件中的末尾即可配置：

因?yàn)槲覀冃薷牧薽k配置文件，所以點(diǎn)擊重新編譯按鈕進(jìn)行編譯，編譯完成后點(diǎn)擊下載按鈕燒錄程序。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

程序燒錄之后，即可看到程序已經(jīng)開始運(yùn)行，在串口終端中可看到實(shí)驗(yàn)的輸出內(nèi)容：

linkmain:V1.2.1 AT 11:30:59 ON Nov 28 2019

WELCOME TO IOT_LINK SHELL

LiteOS:/>
task2: lock a mutex.
task2: public_value = 5.
task2: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 15.
task1: unlock a mutex.


task1: lock a mutex.
task1: public_value = 25.
task1: unlock a mutex.

task2: lock a mutex.
task2: public_value = 30.
task2: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 40.
task1: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 50.
task1: unlock a mutex.

task2: lock a mutex.
task2: public_value = 55.
task2: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 65.
task1: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 75.
task1: unlock a mutex.

task2: lock a mutex.
task2: public_value = 80.
task2: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 90.
task1: unlock a mutex.

task1: lock a mutex.
task1: public_value = 100.
task1: unlock a mutex.

task2: lock a mutex.
task2: public_value = 105.
task2: unlock a mutex.

可以看到，系統(tǒng)啟動后，首先打印版本號，串口shell的優(yōu)先級為10，最先打印shell信息，接下來task1先創(chuàng)建，但是優(yōu)先級較低，所以后創(chuàng)建的task2搶占執(zhí)行，task2獲取到互斥鎖，對共享資源進(jìn)行操作，操作完畢解鎖，然后主動掛起，task1獲取到互斥鎖，對共享資源進(jìn)行另一個(gè)操作，操作完畢解鎖，在task1操作的時(shí)候，task2早已掛起完畢，但是獲取不到互斥鎖，所以掛起等待，在task1解鎖后，堵塞的task2被喚醒開始執(zhí)行。

到此，相信大家對“LiteOS互斥鎖怎么使用”有了更深的了解，不妨來實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！