RTOSについての真実。 記事20。 セマフォ：補助サービスとデータ構造

この記事では、セマフォのレビューを続けています。

ヘルパーセマフォサービス

Nucleus RTOSには、セマフォ関連の機能を提供する4つのAPIコールがあります。セマフォのリセット、セマフォ情報の取得、アプリケーション内のセマフォの数の取得、アプリケーション内のすべてのセマフォへのポインタの取得です。 それらの最初の3つはNucleus SEで実装されています。

シリーズの以前の記事：
記事＃19。 セマフォ：紹介と基本サービス
記事＃18。 イベントフラググループ：ヘルパーサービスとデータ構造
記事＃17。 イベントフラググループ：紹介と基本サービス
記事＃16。 信号
記事＃15。 メモリパーティション：サービスとデータ構造
記事＃14。 メモリのセクション：紹介と基本サービス
記事＃13。 タスクデータ構造とサポートされていないAPI呼び出し
記事＃12。 タスクを操作するためのサービス
記事＃11。 タスク：APIの構成と紹介
記事＃10。 スケジューラ：高度な機能とコンテキストの保存
記事＃9。 スケジューラ：実装
記事＃8。 Nucleus SE：内部設計と展開
記事＃7。 Nucleus SE：はじめに
記事＃6。 その他のRTOSサービス
記事5。 タスクの相互作用と同期
記事4。 タスク、コンテキストの切り替え、および割り込み
記事＃3。 タスクと計画
記事＃2。 RTOS：構造とリアルタイム
記事＃1。 RTOS：はじめに。

セマフォをリセットする

このAPI呼び出しは、セマフォを初期の未使用状態にリセットします。 このAPI関数は、リセットを実行するという事実にもかかわらず、カウンターを初期値に設定するだけでなく、新しい初期カウンター値が呼び出しで渡されるため、他のカーネルオブジェクトの関数と比較すると異常です。 セマフォで中断されたタスクはすべて再開され、Nucleus SEおよびNucleus RTOSのNU_SEMAPHORE_RESETでNUSE_SEMAPHORE_WAS_RESETコードが返されます。

Nucleus RTOSでセマフォをリセットするための呼び出し

サービスコールのプロトタイプ：

STATUS NU_Reset_Semaphore（NU_SEMAPHORE *セマフォ、未署名initial_count）;

パラメータ：

セマフォ -ユーザーが提供するセマフォ制御ブロックへのポインタ。
initial_count-セマフォが設定される値。

戻り値：

NU_SUCCESS-呼び出しは正常に完了しました。
NU_INVALID_SEMAPHORE-無効なセマフォポインター。

Nucleus SEでセマフォをリセットするための呼び出し
このAPIコールは、Nucleus RTOS APIのコア機能をサポートしています。

サービスコールのプロトタイプ：

STATUS NUSE_Semaphore_Reset（NUSE_SEMAPHOREセマフォ、U8 initial_count）;

パラメータ：

semaphore-ダンプされたセマフォのインデックス（ID）。
initial_count-セマフォが設定される値。

戻り値：

NUSE_SUCCESS-呼び出しは正常に完了しました。
NUSE_INVALID_SEMAPHORE-無効なセマフォインデックス。

Nucleus SEでセマフォリセットを実装する

NUSE_Semaphore_Reset（） API関数の主なタスクは、対応するNUSE_Semaphore_Counter []要素を指定された値に設定することです（パラメーターを確認した後）。

タスクのロックが有効になっている場合、タスクのロックを解除するには次のコードが必要です。

while (NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore] != 0) { U8 index; /* check whether any tasks are blocked */ /* on this semaphore */ for (index=0; index<NUSE_TASK_NUMBER; index++) { if ((LONIB(NUSE_Task_Status[index]) == NUSE_SEMAPHORE_SUSPEND) && (HINIB(NUSE_Task_Status[index]) == semaphore)) { NUSE_Task_Blocking_Return[index] = NUSE_SEMAPHORE_WAS_RESET; NUSE_Task_Status[index] = NUSE_READY; break; } } NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore]--; } #if NUSE_SCHEDULER_TYPE == NUSE_PRIORITY_SCHEDULER NUSE_Reschedule(NUSE_NO_TASK); #endif 

セマフォで中断された各タスクは「終了」とマークされ、タスク中断コードはNUSE_SEMAPHORE_WAS_RESETを返します。 このプロセスが完了した後、Priorityスケジューラが使用されている場合、コールはNUSE_Reschedule（）を初期化します。優先度の高い1つ以上のタスクが準備完了状態になり、再開を待機する可能性があるためです。

セマフォ情報

このユーティリティ呼び出しはセマフォ情報を返します。 Nucleus SEでのこの呼び出しの実装は、オブジェクトの命名と一時停止順序がサポートされておらず、タスクの中断自体を無効にできるため、返される情報が少ないという点でNucleus RTOSと異なります。

Nucleus RTOSでのセマフォ情報の呼び出し

サービスコールのプロトタイプ：

STATUS NU_Semaphore_Information（NU_SEMAPHORE *セマフォ、CHAR *名前、UNSIGNED * current_count、OPTION * suspend_type、UNSIGNED * tasks_waiting、NU_TASK ** first_task）;

パラメータ：

セマフォ -情報が必要なセマフォ制御ブロックへのポインタ。
name-セマフォの8文字の名前へのポインタ。この領域にはヌル終了バイトが含まれます。
current_count-セマフォカウンタの現在の値を取得する変数へのポインタ。
suspend_type-中断タスクのタイプを受け入れる変数へのポインター。値NU_FIFOおよびNU_PRIORITYを取ることができます。
task_waiting-セマフォ内の中断されたタスクの数を取る変数へのポインタ。
first_task - NU_TASK型の変数へのポインター。これは、最初に中断されたタスクの制御ユニットへのポインターを取ります。

戻り値：

NU_SUCCESS-呼び出しは正常に完了しました。
NU_INVALID_SEMAPHORE-無効なセマフォポインター。

Nucleus SEでのセマフォ情報の呼び出し
このAPIコールは、Nucleus RTOS APIのコア機能をサポートしています。

サービスコールのプロトタイプ：

STATUS NUSE_Semaphore_Information（NUSE_SEMAPHOREセマフォ、U8 * current_count、U8 * tasks_waiting、NUSE_TASK * first_task）;

パラメータ：

セマフォ -情報を提供するために必要なセマフォのインデックス。
current_count-セマフォカウンタの現在の値を取得する変数へのポインタ。
tasks_waiting-このセマフォで中断されたタスクの数を受け入れる変数へのポインタ（タスクの中断のサポートが無効になっている場合、何も返されません）。
first_task - NUSE_TASK型の変数へのポインター。最初の一時停止タスクのインデックスを取得します（一時停止タスクのサポートが無効になっている場合は何も返されません）。

戻り値：

NUSE_SUCCESS-呼び出しは正常に完了しました。
NUSE_INVALID_SEMAPHORE-セマフォインデックスが無効です。
NUSE_INVALID_POINTER -1つ以上のポインターパラメーターが正しくありません。

Nucleus SEでのセマフォ情報の実装

このAPI呼び出しの実装は非常に簡単です。

 NUSE_CS_Enter(); *current_count = NUSE_Semaphore_Counter[semaphore]; #if NUSE_BLOCKING_ENABLE *tasks_waiting = NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore]; if (NUSE_Semaphore_Blocking_Count[semaphore] != 0) { U8 index; for (index=0; index<NUSE_TASK_NUMBER; index++) { if ((LONIB(NUSE_Task_Status[index]) == NUSE_SEMAPHORE_SUSPEND) && (HINIB(NUSE_Task_Status[index]) == semaphore)) { *first_task = index; break; } } } else { *first_task = 0; } #else *tasks_waiting = 0; *first_task = 0; #endif NUSE_CS_Exit(); return NUSE_SUCCESS; 

関数はセマフォのステータスを返します。 次に、APIコールブロッキング機能がアクティブになっている場合、保留中のタスクの数と最初のタスクのインデックスが返されます（そうでない場合、これらのパラメーターは0に設定されます）。

セマフォの数を取得する

このユーティリティ呼び出しは、アプリケーション内のセマフォの数を返します。 Nucleus RTOSでは、この値は時間とともに変化し、戻り値は現在のセマフォの数に対応します。NucleusSEでは、戻り値はアセンブリ段階で設定され、変更されません。

Nucleus RTOSでセマフォカウンターを呼び出す

サービスコールのプロトタイプ：

UNSIGNED NU_Established_Semaphores（VOID）;

パラメータ：
欠席しています。

戻り値：
アプリケーションで作成されたセマフォの数。

Nucleus SEでセマフォカウンターを呼び出す
このAPIコールは、Nucleus RTOS APIのコア機能をサポートしています。

サービスコールのプロトタイプ：

U8 NUSE_Semaphore_Count（void）;

パラメータ：
欠席しています。

戻り値：
アプリケーションで構成されているセマフォの数。

Nucleus SEでのセマフォカウンタの実装
このAPI呼び出しの実装は非常に簡単です。 #define NUSE_SEMAPHORE_NUMBERシンボルの値が返されます。

データ構造

セマフォは、2つまたは3つのデータ構造の配列（RAMおよびROM）を使用します。これは、他のすべてのNucleus SEオブジェクトと同様に、サイズがアプリケーションのセマフォの数と選択したパラメータに依存するテーブルのセットです。

アプリケーションコードはこれらのデータ構造への直接アクセスを使用せず、提供されたAPI関数を介してそれらを参照することを強くお勧めします。 これにより、Nucleus SEの将来のバージョンとの非互換性および不要な副作用を回避し、Nucleus RTOSへのアプリケーションの移植を簡素化します。 サービス呼び出しコードの仕組みを理解し、デバッグするために、データ構造の詳細な概要を以下に示します。

RAMデータ

このデータの構造は次のとおりです。
NUSE_Semaphore_Counter [] -構成されたセマフォごとに1つのエントリを持つタイプU8の配列。カウンターの値を格納します。
NUSE_Semaphore_Blocking_Count []-U8型の配列には、各セマフォでブロックされたタスクのカウンターが含まれます。 この配列は、API呼び出しのブロック機能が有効になっている場合にのみ存在します。
NUSE_Semaphore_Counter []は初期値に初期化され（以下の「ROMのデータ」を参照）、 NUSE_Semaphore_Blocking_Count []は Nucleus SEの起動時にNUSE_Init_Semaphore（）を使用してリセットされます。 次の記事のいずれかで、Nucleus SEの起動手順の完全な説明が提供されます。

以下は、 nuse_init.cファイルのこれらのデータ構造の定義です。

 RAM U8 NUSE_Semaphore_Counter[NUSE_SEMAPHORE_NUMBER]; #if NUSE_BLOCKING_ENABLE RAM U8 NUSE_Semaphore_Blocking_Count[NUSE_SEMAPHORE_NUMBER]; #endif 

ROMデータ

データ構造：
NUSE_Semaphore_Initial_Value [] -各セマフォに1つのレコードを持つU8型の配列。これらはセマフォの初期値です。

このデータ構造は、 nuse_config.cで （静的に）宣言および初期化されます 。

 ROM U8 NUSE_Semaphore_Initial_Value[NUSE_SEMAPHORE_NUMBER] = { /* semaphore initial count values */ }; 

セマフォのメモリ量

すべてのNucleus SEカーネルオブジェクトと同様に、セマフォに必要なデータの量は予測可能です。

アプリケーション内のすべてのセマフォのROMのメモリ量（バイト単位）はNUSE_SEMAPHORE_NUMBERです。

ロックAPIの呼び出しがアクティブになっているアプリケーションのすべてのセマフォのRAMのメモリ量（バイト単位）は、次のように計算できます。
NUSE_SEMAPHORE_NUMBER * 2

それ以外の場合は、 NUSE_SEMAPHORE_NUMBERです。

未実現のAPI呼び出し

Nucleus RTOSに存在するセマフォの3つのAPI呼び出しは、Nucleus SEには実装されていません。

セマフォの作成

このAPI呼び出しはセマフォを作成します。 セマフォは静的に作成されるため、Nucleus SEは必要ありません。

サービスコールのプロトタイプ：
STATUS NU_Create_Semaphore（NU_SEMAPHORE *セマフォ、CHAR *名前、UNSIGNED initial_count、OPTION suspend_type）;

パラメータ：

セマフォ -ユーザーが提供するセマフォ制御ブロックへのポインタ;他のAPI呼び出しでセマフォを制御するために使用されます。
name -8文字のセマフォ名へのポインタ。終端のヌルバイトがオンになっています。
initial_count-セマフォの初期値。
suspend_type-セマフォでタスクを一時停止する原理を示します。 FIFOの原則（先入れ先出し）とタスクの一時停止の優先順位に対応する値NU_FIFOおよびNU_PRIORITYを取ることができます。

戻り値：

NU_SUCCESS-呼び出しは正常に完了しました。
NU_INVALID_SEMAPHORE-セマフォ制御ブロックへのポインターがNULLであるか、すでに使用されていることを示します。
NU_INVALID_SUSPEND-無効なsuspend_typeパラメーター。

セマフォの削除

このAPI呼び出しは、以前に作成されたセマフォを削除します。 セマフォは静的に作成され、削除できないため、Nucleus SEは必要ありません。

サービスコールのプロトタイプ：

STATUS NU_Delete_Semaphore（NU_SEMAPHORE *セマフォ）;

パラメータ：

semaphore-セマフォ制御ブロックへのポインター。

戻り値：

NU_SUCCESS-呼び出しは正常に完了しました。
NU_INVALID_SEMAPHORE-無効なセマフォポインター。

セマフォへのポインタ

このAPI呼び出しは、システム内のすべてのセマフォーへのポインターの順次リストを形成します。 セマフォはポインタではなく単純なインデックスによって識別されるため、Nucleus SEは必要ありません。

サービスコールのプロトタイプ：

UNSIGNED NU_Semaphore_Pointers（NU_SEMAPHORE ** pointer_list、UNSIGNED maximum_pointers）;

パラメータ：

pointer_list-ポインタの配列NU_SEMAPHOREへのポインタ。この配列にはセマフォへのポインタが格納されています。
maximum_pointers-配列内のポインターの最大数。

戻り値：
配列内のNU_SEMAPHOREポインターの数。

Nucleus RTOS互換

他のすべてのNucleus SEオブジェクトと同様に、目標はNucleus RTOSとのアプリケーションコードの互換性を最大化することでした。 セマフォも例外ではなく、ユーザーの観点からは、Nucleus RTOSと同じ方法で実装されます。 また、特定の非互換性もあります。これは、最終的なコードが必要なメモリ量の点で理解しやすく、効率的になるという事実を考えると、許容できると考えました。 それ以外の場合、Nucleus RTOS API呼び出しは、Nucleus SE呼び出しとしてほぼ直接使用できます。

オブジェクト識別子

Nucleus RTOSでは、すべてのオブジェクトは特定のタイプのデータ構造（コントロールユニット）によって記述されます。 この制御ユニットへのポインタは、セマフォの識別子として機能します。 Nucleus SEでは、メモリを効率的に使用するために別のアプローチが必要であると判断しました。すべてのカーネルオブジェクトは、RAMおよび/またはROMのテーブルのセットによって記述されます。 これらのテーブルのサイズは、各タイプの設定済みオブジェクトの数によって決まります。 特定のオブジェクトの識別子は、このテーブルのインデックスです。 したがって、 NUSE_SEMAPHOREをU8と同等のものとして定義しました。このタイプの変数（ポインターではない）はセマフォの識別子として機能します。 コードをNucleus SEからNucleus RTOSに、またはその逆に移植する場合、このわずかな非互換性は簡単に処理できます。 通常、移動と保存以外のオブジェクト識別子に対する操作は実行されません。

Nucleus RTOSは、セマフォの命名もサポートしています。 これらの名前は、デバッグにのみ使用されます。 メモリを節約するために、Nucleus SEからそれらを除外しました。

カウンターサイズ

Nucleus RTOSでは、セマフォカウンタはunsigned型で、通常は32ビット変数です。 Nucleus SEには8ビットのカウンターがありますが、これは簡単に変更できます。 通常、Nucleus RTOSはセマフォのオーバーフローをチェックしません。 Nucleus SE APIを呼び出しても、カウンターに255を超える値を割り当てることはできません。

未実現のAPI呼び出し

Nucleus RTOSは、セマフォを操作するための8つのユーティリティコールをサポートしています。 これらのうち、3つはNucleus SEには実装されていません。 これらの課題の詳細、およびそれらをNucleus SEから除外する決定については、上記で説明しています。

次の記事では、メールボックスを調べます。

著者について： Colin Wallsは電子業界で30年以上働いており、ほとんどの時間をファームウェアに費やしています。 現在、Mentor Embedded（Mentor Graphicsの一部門）のファームウェアエンジニアです。 Colin Wallsは、カンファレンスやセミナー、多くの技術記事の著者、ファームウェアに関する2冊の本でよく話します。 英国に住んでいます。 Colinのプロフェッショナルブログ 、電子メール：colin_walls@mentor.com。