基于μC/OS?Ⅲ的多任務(wù)間郵箱機制分析與應(yīng)用

摘要： 為靈活、有效地在多任務(wù)程序設(shè)計中應(yīng)用μC/OS?Ⅲ操作系統(tǒng)中的郵箱，采用理論分析與實例實驗相結(jié)合的方法，得到基于μC/OS?Ⅲ操作系統(tǒng)的郵箱機制在全雙工任務(wù)間通信、二值信號量和充當延遲函數(shù)等方面的應(yīng)用技巧和方法。實驗表明，郵箱的靈活應(yīng)用不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的任務(wù)間數(shù)據(jù)通信， 還可以方便地替代互斥信號量和實現(xiàn)延時功能。

關(guān)鍵字： 嵌入式系統(tǒng)； 任務(wù)間通信； μC/OS?Ⅲ； 郵箱

中圖分類號： TN311?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0042?03

0 引 言

嵌入式系統(tǒng)軟件通常由多個功能模塊構(gòu)成，而模塊的功能一般由基于嵌入式操作系統(tǒng)的任務(wù)來實現(xiàn)。在實際應(yīng)用中，常需要進行任務(wù)間通信來實現(xiàn)特定的功能，如變量的傳遞、資源的共享等，這就需要針對操作系統(tǒng)建立可靠的任務(wù)間通信，而郵箱是最常用的任務(wù)間通信機制之一[1?2]。本文基于μC/OS?Ⅲ嵌入式實時操作系統(tǒng)[3]，研究了郵箱的使用和技巧，不僅探討了郵箱在傳統(tǒng)任務(wù)間通信和數(shù)據(jù)的傳遞中的應(yīng)用，還通過實例研究了郵箱在二值信號量和實現(xiàn)延時功能中的靈活應(yīng)用。

1 μC/OS?Ⅲ簡介

2 任務(wù)間通信與郵箱的應(yīng)用

由于嵌入式系統(tǒng)軟件通常由基于操作系統(tǒng)的若干個任務(wù)實現(xiàn)，因此，不可避免的需要任務(wù)之間或中斷服務(wù)子程序與任務(wù)間的通信，這種信息傳遞機制稱為任務(wù)間的通信。μC/OS?Ⅲ任務(wù)間的通信可以通過共享內(nèi)存、信號量、任務(wù)內(nèi)建消息隊列、外部消息隊列、事件標志組實現(xiàn)。共享內(nèi)存方式使用全局變量或緩存，對大型而復(fù)雜的程序，多個任務(wù)同時對一個變量進行讀寫操作會引起沖突或緩存區(qū)的溢出，因此共享內(nèi)存用于共享一些對數(shù)據(jù)安全性不高的通用數(shù)據(jù)。信號量的通信模型雖然可以很好地起到互斥的作用，但在多個任務(wù)同時與某一任務(wù)通信是就會產(chǎn)生對信號量的競爭，引起通信發(fā)起端的排隊，降低系統(tǒng)的效率。任務(wù)內(nèi)建消息隊列一般用于接收少量消息（如中斷服務(wù)程序發(fā)送過來的消息）、外部消息隊列主要面向于多個任務(wù)共同等待的消息，事件標志組則用于多個任務(wù)間的同步[6?7]。

總結(jié)來說，μC/OS?Ⅲ任務(wù)間通信有2個途徑：通過全局變量或發(fā)消息給另一個任務(wù)。用全局變量時，必須保證每個任務(wù)或中斷服務(wù)子程序獨享該變量。中斷服務(wù)中保證獨享的惟一辦法是關(guān)中斷。如果2個任務(wù)共享某變量，各任務(wù)實現(xiàn)獨享該變量的辦法可以使關(guān)中斷，再開中斷，或使用信號量。需要注意的是，任務(wù)只能通過全局變量與中斷服務(wù)子程序通信，而任務(wù)并不知道什么時候全局變量被中斷服務(wù)子程序修改了，除非中斷服務(wù)子程序以信號量方式向任務(wù)發(fā)信號，或者是該任務(wù)以查詢方式不斷周期地查詢變量的值。這樣就不可避免地給程序設(shè)計帶來了一定的難度，為避免這種情況，常用的解決方法是采用郵箱[1]。

典型的消息郵箱（Message Mail Box）也稱作交換消息，即用一個指針型變量，一個任務(wù)或一個中斷服務(wù)子程序通過內(nèi)核，可以把一則消息（一個指針）放到郵箱中。同樣，一個或多個任務(wù)通過內(nèi)核，可以接收這則消息。發(fā)送消息的任務(wù)和接收消息的任務(wù)約定，某個指針指向的內(nèi)容就是它們要傳送的消息，如發(fā)送消息用指針*Txmsg，而接收消息用指針*Rxmsg。這種消息傳送的過程與通過郵箱收發(fā)郵件頗為相似，故稱消息郵箱，或簡稱郵箱。

下述代碼給出了2個郵箱TxMbox和RxMbox的建立方法，同時TaskOne和TaskTwo兩個任務(wù)使用郵箱實現(xiàn)了全雙工的應(yīng)答式通信。

從代碼可以看出，使用內(nèi)核提供的郵箱服務(wù)實現(xiàn)任務(wù)間通信方便、簡單，這也是郵箱作為任務(wù)間通信最常用手段的原因。此外，在實際應(yīng)用中，通過分析郵箱的功能特點，還可以將其應(yīng)用到其他場合以實現(xiàn)一些靈活的功能。

3 郵箱的靈活應(yīng)用

3.1 用郵箱作為二值信號量

4 結(jié) 語

本文基于嵌入式操作系統(tǒng)μC/OS?Ⅲ探討了郵箱在任務(wù)間通信中的應(yīng)用方法及注意事項，分析了各郵箱函數(shù)的關(guān)系及使能/屏蔽方法，并給出示例實現(xiàn)2個任務(wù)的全雙工通信；在此基礎(chǔ)上，還研究了郵箱在二值信號量和延時功能中的靈活應(yīng)用，并給出實例代碼驗證，這在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程中有一定的參考價值。

參考文獻

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