RT-Thread-【2024-RSOC】DAY3 IPC机制的学习RT-Thread问答社区

【2024-RSOC】DAY3 IPC机制的学习

发布于 2024-08-02 15:41:27 浏览：114 订阅该版

[tocm]

# 【2024-RSOC】DAY3  IPC机制的学习

## 学习内容

今天主要学习了RT-Thread的IPC机制

线程间同步的信号量、互斥量以及事件集；

线程间通信的邮箱和消息队列；

## 概念介绍

### 线程同步

#### 信号量

以生活中的停车场为例来理解信号量的概念：

①当停车场空的时候，停车场的管理员发现有很多空车位，此时会让外面的车陆续进入停车场获得停车位；

②当停车场的车位满的时候，管理员发现已经没有空车位，将禁止外面的车进入停车场，车辆在外排队等候；

③当停车场内有车离开时，管理员发现有空的车位让出，允许外面的车进入停车场；待空车位填满后，又禁止外部车辆进入。

在此例子中，管理员就相当于信号量，管理员手中空车位的个数就是信号量的值（非负数，动态变化）；停车位相当于公共资源（临界区），车辆相当于线程。车辆通过获得管理员的允许取得停车位，就类似于线程通过获得信号量访问公共资源。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/95da1742efad49ad0e8eb587300f5bb6.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/0fc7f784fe2025b418fd4ef5242d38a4.png.webp)

#### 互斥量

互斥量又叫相互排斥的信号量，是一种特殊的二值信号量。互斥量类似于只有一个车位的停车场：当有一辆车进入的时候，将停车场大门锁住，其他车辆在外面等候。当里面的车出来时，将停车场大门打开，下一辆车才可以进入。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/f4851abb25c84eefe88a35c0d05df948.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/7e46db5d2bac6faf1f3d63d5d89f24d8.png.webp)

#### 事件集

事件集也是线程间同步的机制之一，一个事件集可以包含多个事件，利用事件集可以完成一对多，多对多的线程间同步。下面以坐公交为例说明事件，在公交站等公交时可能有以下几种情况：

①P1 坐公交去某地，只有一种公交可以到达目的地，等到此公交即可出发。

②P1 坐公交去某地，有 3 种公交都可以到达目的地，等到其中任意一辆即可出发。

③P1 约另一人 P2 一起去某地，则 P1 必须要等到 “同伴 P2 到达公交站” 与“公交到达公交站”两个条件都满足后，才能出发。

这里，可以将 P1 去某地视为线程，将 “公交到达公交站”、“同伴 P2 到达公交站” 视为事件的发生，情况①是特定事件唤醒线程；情况②是任意单个事件唤醒线程；情况③是多个事件同时发生才唤醒线程。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/10a295867a9519e35e91c9ac57dcd8bc.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/6e57eed86ba9fad6839ff521f8c76531.png.webp)

### 线程通信

#### 邮箱

邮箱服务是实时操作系统中一种典型的线程间通信方法。举一个简单的例子，有两个线程，线程 1 检测按键状态并发送，线程 2 读取按键状态并根据按键的状态相应地改变 LED 的亮灭。这里就可以使用邮箱的方式进行通信，线程 1 将按键的状态作为邮件发送到邮箱，线程 2 在邮箱中读取邮件获得按键状态并对 LED 执行亮灭操作。
这里的线程 1 也可以扩展为多个线程。例如，共有三个线程，线程 1 检测并发送按键状态，线程 2 检测并发送 ADC 采样信息，线程 3 则根据接收的信息类型不同，执行不同的操作。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/92a3f0c2bd1894c1d91c594af1f9a570.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/627250e2d7b3a19d7c2cb5497170a386.png.webp)

#### 消息队列

消息队列是另一种常用的线程间通讯方式，是邮箱的扩展。可以应用在多种场合：线程间的消息交换、使用串口接收不定长数据等。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/d0f14bb2c613615e89bc18469996af8b.png)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/8affb9d1d703385c4589d1b3fe725d27.png.webp)

## 代码示例

```c
#include <board.h>
#include <rtthread.h>
#include <drv_gpio.h>
#ifndef RT_USING_NANO
#include <rtdevice.h>
#endif /* RT_USING_NANO */

#define PIN_KEY0      GET_PIN(C, 0)   //PC0:  KEY0

#define GPIO_LED_B    GET_PIN(F, 11)
#define GPIO_LED_R    GET_PIN(F, 12)

#define THREAD_PRIORITY         25
#define THREAD_STACK_SIZE       1024
#define THREAD_TIMESLICE        5

static rt_thread_t tid1 = RT_NULL;
static rt_thread_t tid2 = RT_NULL;
static rt_sem_t dynamic_sem = RT_NULL;

static void key_name_entry(void *parameter);
static void led_name_entry(void *parameter);
int main(void)
{
    rt_pin_mode(GPIO_LED_R, PIN_MODE_OUTPUT);
    rt_pin_mode(PIN_KEY0, PIN_MODE_INPUT_PULLUP);

dynamic_sem = rt_sem_create("dsem", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);
    if( dynamic_sem = RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("create dynamic semaphore failed.\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        rt_kprintf("create done. dynamic semaphore value = 0. \n");
    }

tid1 = rt_thread_create("key_thread",
                            key_name_entry, RT_NULL,
                            THREAD_STACK_SIZE,
                            THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
     if (tid1 != RT_NULL)
        rt_thread_startup(tid1);

tid2 = rt_thread_create("led_thread",
                            led_name_entry, RT_NULL,
                            THREAD_STACK_SIZE,
                            THREAD_PRIORITY, THREAD_TIMESLICE);
     if (tid2 != RT_NULL)
        rt_thread_startup(tid2);

/*  while (1)
    {
        rt_pin_write(GPIO_LED_R, PIN_HIGH);
        rt_thread_mdelay(500);
        rt_pin_write(GPIO_LED_R, PIN_LOW);
        rt_thread_mdelay(500);
    } */
}

static void key_name_entry(void *parameter)
{
    rt_uint32_t count = 0;

while (1)
    {
        if (rt_pin_read(PIN_KEY0) == PIN_LOW)
        {
            rt_thread_mdelay(100);
            if (rt_pin_read(PIN_KEY0) == PIN_LOW)
            {
                rt_kprintf("KEY0 pressed!\r\n"); 
                rt_sem_release(dynamic_sem);
            }
        }
        rt_thread_mdelay(10);
    }
}

static void led_name_entry(void *parameter)
{
    rt_uint32_t result = 0;
    while (1)
    {
        result = rt_sem_take(dynamic_sem, RT_WAITING_FOREVER);
        if (result == RT_EOK)
        {
            rt_kprintf("LED HIGH\r\n");
            rt_pin_write(GPIO_LED_R, PIN_HIGH);
        }
        else
        {
            rt_kprintf("LED LOW\r\n");
            rt_pin_write(GPIO_LED_R, PIN_LOW);
        }
    }
}
```

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/123bb934e7e18398c52f84219881a7d0.png.webp)

## 在线下载软件包

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/a20a87f7a3007e4d1954b8dcf8ef7c9d.png.webp)

```c
menuconfig.exe
```
编译后

```c
pkgs --update
```

烧录完成

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20240802/15fc5253f75f33b60a8af8cd1698d1d6.png.webp)