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RTOS任务间通信为什么不用全局变量?

来源:strongerHuang 作者:strongerHuang 发布时间:2022-08-15

摘要: 有深入理解RTOS原理,或阅读过RTOS源码的同学应该知道:RTOS实现任务间通信通常是由一系列指针进行操作实现的。任务间通信的“有效数据”,其实也是由指针指向一个“变量”或“数组”实现的。信号量,本质是传递一个“事件”。比如:任务A完成发送数据,通过信号量通知任务B。

有深入理解RTOS原理,或阅读过RTOS源码的同学应该知道:RTOS实现任务间通信通常是由一系列指针进行操作实现的。

任务间通信的“有效数据”,其实也是由指针指向一个“变量”或“数组”实现的。

1.信号量

信号量,本质是传递一个“事件”。比如:任务A完成发送数据,通过信号量通知任务B。

OSSemPost(EventSem_SendOK);

我们主要想传递“完成发送数据”这个“事件”,进一步分析,其实就是一个“标志”或“变量”。

2.队列

队列和信号量原理类似有点类似,只是这里是“变量”。比如:串口接收完成一帧数据,通过队列发送给任务B.

OSQPost(UARTRcvQueue, RcvBuf);

相比信号量,队列传递的数据量更大,队列传递的有效数据一般是“数组”。

还有邮箱,与队列类似,可以理解为“二维数组”。

写到这里,你会发现,不管信号量,还是队列,底层本质也是传递“变量”“数组”。

那么问题来了:RTOS任务间通信为什么不用全局变量?

这个问题比较常见,也看到在我的技术交流群有讨论,所以就简单来分享一下看法。

全局变量有什么问题?

RTOS任务间通信为什么不用全局变量?原因在于使用全局变量存在诸多弊端。

1.抢占问题

两个或多个任务,都要去“使用”同一个全局变量,如果不添加任何“互斥”措施,必定会存在抢占的问题。

2.代码规范问题

整个项目只有少数几个全局变量没什么问题,如果是整个项目有几十个,甚至几百个全局变量,你觉得这样的代码,后面好维护吗?

经过多次迭代,代码只会越来越难理解,越来越难阅读。

3.耦合性问题

全局变量会导致分层不合理与模块化编程相违背,你的全局变量没有归属,既不是任务A,也不是模块A,最终可能“任人宰割”导致“夭折”。

4.安全性问题

有一句话怎么说的呢,全局变量是项目的“罪魁祸首”,项目做大之后,一旦有小修改,可能就会引发大Bug.

全局变量还有很多弊端,这里就不一一描述了,总之一点:慎用全局变量。

当然,以上描述的问题(弊端)都是基于项目中存在多个变量的情况,如果项目只有1、2个全局变量,这种不在本文讨论范围之内。

信号量、队列通信原理

大部分RTOS的信号量、队列都是使用指针、结构体、数组等,结合系统进行“封装”,使任务间通信更加有效、安全,同时也遵循“高内聚低耦合”的原则。

比如ucos的信号量post:

INT8U  OSSemPost (OS_EVENT *pevent)

{

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3u                          /* Allocate storage for CPU status register      */

    OS_CPU_SR  cpu_sr = 0u;

#endif


#if OS_ARG_CHK_EN > 0u

    if (pevent == (OS_EVENT *)0) {                    /* Validate 'pevent'                             */

        return (OS_ERR_PEVENT_NULL);

    }

#endif

    if (pevent->OSEventType != OS_EVENT_TYPE_SEM) {   /* Validate event block type                     */

        return (OS_ERR_EVENT_TYPE);

    }

    OS_ENTER_CRITICAL();

    if (pevent->OSEventGrp != 0u) {                   /* See if any task waiting for semaphore         */

                                                      /* Ready HPT waiting on event                    */

        (void)OS_EventTaskRdy(pevent, (void *)0, OS_STAT_SEM, OS_STAT_PEND_OK);

        OS_EXIT_CRITICAL();

        OS_Sched();                                   /* Find HPT ready to run                         */

        return (OS_ERR_NONE);

    }

    if (pevent->OSEventCnt < 65535u) {                /* Make sure semaphore will not overflow         */

        pevent->OSEventCnt++;                         /* Increment semaphore count to register event   */

        OS_EXIT_CRITICAL();

        return (OS_ERR_NONE);

    }

    OS_EXIT_CRITICAL();                               /* Semaphore value has reached its maximum       */

    return (OS_ERR_SEM_OVF);

}

我们需要传递的有效信息虽然只有一个变量,但它会做“临界区”管理,以及预判一些错误的情况等。

最后,RTOS源码也可以算是一个优秀的项目,特别是目前普及率比较高、装机量比较多的RTOS,比如µC/OS、FreeRTOS、RT-Thread、ThreadX等。

最最后,有时间的小伙伴可以阅读一下RTOS源码,RTOS内核我推荐µC/OS,阅读源码能让你掌握一些软件架构的知识,也能让你明白一些开发过程种常见的问题。


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