临界区的问题以及解决方法

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1、临界区问题的产生，以及解决方法。临界区问题是嵌入式软件编程一个不得不面对的关键性问题。特别对于底层驱动，代码在内存中只有一份，上层的多任务或者多进程，都会对同一个驱动去访问，这样不可避免的遇到了任务之间打架的问题，处理好这个问题是区分一个菜鸟和老鸟的根本性关键之一。接下来谈谈临界区产生的原因：假设有以下代码:intx;voidprocess_data(){x++;}假如在一个可以抢占的操作系统上有两个任务task1,task2,全局变量x的初始值为0,现在两个任务task1,task2同时去访问process

2、_data这个函数，两个任务各执行一次process_data这个函数，等到两个人执行完毕后，试问x的值是多少？大部分人可能会回答为2。没有操作系统的时候，的却不错，调用函数2次，就是2.问题是有了操作系统就没这么简单了，一个任务执行期间，随时可能会被另外一个任务给打断，这样就会造成临界区的问题。首先明确一个基本概念，在操作系统中每一个任务都有自己的一套寄存器，各个任务间的寄存器值很可能是不一样的。下面来具体分析这个问题产生的根本原因：x++不是一个原子型的操作，它的汇编函数有3句，分别是:1ldrr1,[m

3、em]2addr1,r1,#13strr1[mem]如果有以下流程，参照下图：假如任务task1刚执行完(2)即addr1,r1,#1,因为是可以抢占的操作系统，所以被高优先级任务task2给抢占了，然后task2执行完(3)(4)(5)这三个步骤之后还给任务task1,最后task1执行完(6)。如前所述，图中的task1和task2的寄存器值是不同的，因为任务各自有自己的一套寄存器。读者可以推导一下，x的最终值在内存中是1而不是2！所以在多任务的情况下，共同去访问一个全局变量，会产生临界区的问题，如之前所

4、述最终值可能是不确定的，可能是1也可能是2，所以需要采用操作系统的一定机制去保护它。接下来谈谈怎么去解决这个问题。解决方式一：voidprocess_data(){RAW_CPU_DISABLE();x++;RAW_CPU_ENABLE();}如上代码关了中断的话，任务也就不能被抢了，而且x++的速度很快，推荐使用这样的方式。解决方式二：void__process_data(){x++;}voidprocess_data(){raw_disable_sche()；__process_data();raw_en

5、able_sche()；}如上代码关了系统抢占后，任务之间的调度被禁止。解决方式三：void__process_data(){x++;}voidprocess_data(){lock()；__process_data();unlock()；}如上代码加软件锁之后，只能有一个任务处理此段临界区，lock可以是semaphore或者mutex.之前的例子演示的是任务和任务之间的打架冲突，会造成临界区问题，那如果是中断和任务之间的打架冲突呢？答案是一致的，唯一不同点是任务和任务之间的冲突可以有多种保护方式，但是任务

6、和中断之间的冲突只能用关中断去保护，即采用之前的解决方式一来解决冲突。临界区的产生原因有很多，往往是复杂的，考虑如下的fifo循环缓冲区:structraw_fifo{RAW_U32in;(1)RAW_U32out;(2)RAW_U32mask;void*data;RAW_U32free_bytes;RAW_U32size;};(1)处是fifo的的写指针，（2）处是fifo读指针下面的代码是往fifo里面写数据。RAW_U32fifo_in(structraw_fifo*fifo,constvoid*buf

7、,RAW_U32len){RAW_U32l;RAW_SR_ALLOC();RAW_CPU_DISABLE();(1)l=fifo_unused(fifo);if(len>l)len=l;fifo_copy_in(fifo,buf,len,fifo->in);(2)fifo->in+=len;(3)fifo->free_bytes-=len;RAW_CPU_ENABLE();(4)returnlen;}(2)处代码为写入数据到fifo中。(3)处代码为更新fifo写指针。可以看到(1)处为关cpu中断，(4)处

8、为开cpu中断。这样做的目的是保护临界区(2)和(3)处，(2)和(3)处是一个连贯的逻辑，这块逻辑是不能被打断的。假设有两个任务task1,task2同时执行fifo_in，当task1执行完(2)之后，被高优先级任务task2抢占，当task2执行(2)处代码时会覆盖task1之前写到fifo里面的数据，因为task1还未更新(3)处的写指针。这个例子里用到了开关中断来保护临界区，因为中断里也会