RTOS任務間通信用【全局變量】，有什么問題？

嵌入式專欄 · 發(fā)表于 2024-9-6 11:45:00

關注+星標公眾號，不錯過精彩內容

作者 | strongerHuang
微信公眾號 | strongerHuang

你肯定會有這樣的疑惑：裸機代碼可以用全局變量實現(xiàn)模塊間通信，那么，RTOS任務間通信為什么不用全局變量？
有深入理解RTOS原理，或閱讀過RTOS源碼的同學應該知道：RTOS實現(xiàn)任務間通信通常是由一系列指針進行操作實現(xiàn)的。
任務間通信的“有效數(shù)據(jù)”，其實也是由指針指向一個“變量”或“數(shù)組”實現(xiàn)的。
1.信號量信號量，本質是傳遞一個“事件”。比如：任務A完成發(fā)送數(shù)據(jù)，通過信號量通知任務B。

OSSemPost(EventSem_SendOK);
我們主要想傳遞“完成發(fā)送數(shù)據(jù)”這個“事件”，進一步分析，其實就是一個“標志”或“變量”。

2.隊列隊列和信號量原理類似有點類似，只是這里是“變量”。比如：串口接收完成一幀數(shù)據(jù)，通過隊列發(fā)送給任務B.

OSQPost(UARTRcvQueue, RcvBuf);
相比信號量，隊列傳遞的數(shù)據(jù)量更大，隊列傳遞的有效數(shù)據(jù)一般是“數(shù)組”。

還有郵箱，與隊列類似，可以理解為“二維數(shù)組”。

寫到這里，你會發(fā)現(xiàn)，不管信號量，還是隊列，底層本質也是傳遞“變量”“數(shù)組”。

那么問題來了：RTOS任務間通信為什么不用全局變量？

這個問題比較常見，也看到在我的技術交流群有討論，所以就簡單來分享一下看法。

全局變量有什么問題？
RTOS任務間通信為什么不用全局變量？原因在于使用全局變量存在諸多弊端。
1.搶占問題兩個或多個任務，都要去“使用”同一個全局變量，如果不添加任何“互斥”措施，必定會存在搶占的問題。
2.代碼規(guī)范問題整個項目只有少數(shù)幾個全局變量沒什么問題，如果是整個項目有幾十個，甚至幾百個全局變量，你覺得這樣的代碼，后面好維護嗎？
經過多次迭代，代碼只會越來越難理解，越來越難閱讀。
3.耦合性問題全局變量會導致分層不合理與模塊化編程相違背，你的全局變量沒有歸屬，既不是任務A，也不是模塊A，最終可能“任人宰割”導致“夭折”。
4.安全性問題有一句話怎么說的呢，全局變量是項目的“罪魁禍首”，項目做大之后，一旦有小修改，可能就會引發(fā)大Bug.

全局變量還有很多弊端，這里就不一一描述了，總之一點：慎用全局變量。
當然，以上描述的問題（弊端）都是基于項目中存在多個變量的情況，如果項目只有1、2個全局變量，這種不在本文討論范圍之內。
信號量、隊列通信原理
大部分RTOS的信號量、隊列都是使用指針、結構體、數(shù)組等，結合系統(tǒng)進行“封裝”，使任務間通信更加有效、安全，同時也遵循“高內聚低耦合”的原則。
比如ucos的信號量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);}
我們需要傳遞的有效信息雖然只有一個變量，但它會做“臨界區(qū)”管理，以及預判一些錯誤的情況等。

最后，RTOS源碼也可以算是一個優(yōu)秀的項目，特別是目前普及率比較高、裝機量比較多的RTOS，比如μC/OS、FreeRTOS、RT-Thread、ThreadX等。

最最后，有時間的小伙伴可以閱讀一下RTOS源碼，RTOS內核我推薦μC/OS，閱讀源碼能讓你掌握一些軟件架構的知識，也能讓你明白一些開發(fā)過程種常見的問題。

------------ END ------------