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1）实验平台ucosii源码分析：正点原子水星 STM32F4/F7 开发板

2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号ucosii源码分析，获取更多资料：正点原子

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第六十章 UCOSII 实验 2-信号量和邮箱

上一章，我们学习ucosii源码分析了如何使用 UCOSII，学习了 UCOSII ucosii源码分析的任务调度，但是并没有用到任务

间的同步与通信，本章我们将学习两个最基本的任务间通讯方式：信号量和邮箱。本章分为如

下几个部分：

60.1 UCOSII 信号量和邮箱简介

60.2 硬件设计

60.3 软件设计

60.4 下载验证

60.1 UCOSII 信号量和邮箱简介

系统中的多个任务在运行时，经常需要互相无冲突地访问同一个共享资源，或者需要互相

支持和依赖，甚至有时还要互相加以必要的限制和制约，才保证任务的顺利运行。因此，操作

系统必须具有对任务的运行进行协调的能力，从而使任务之间可以无冲突、流畅地同步运行，

而不致导致灾难性的后果。

例如，任务 A 和任务 B 共享一台打印机，如果系统已经把打印机分配给了任务 A，则任务

B 因不能获得打印机的使用权而应该处于等待状态，只有当任务 A 把打印机释放后，系统才能

唤醒任务 B 使其获得打印机的使用权。如果这两个任务不这样做，那么会造成极大的混乱 。

任务间的同步依赖于任务间的通信。在 UCOSII 中，是使用信号量、邮箱（消息邮箱）和

消息队列这些被称作事件的中间环节来实现任务之间的通信的。本章，我们仅介绍信号量和邮

箱，消息队列将会在下一章介绍。

事件

两个任务通过事件进行通讯的示意图如图 60.1.1 所示：

图 60.1.1 两个任务使用事件进行通信的示意图

在图 60.1.1 中任务 1 是发信方，任务 2 是收信方。任务 1 负责把信息发送到事件上，这项

操作叫做发送事件。任务 2 通过读取事件操作对事件进行查询：如果有信息则读取，否则等待。

读事件操作叫做请求事件。

为了把描述事件的数据结构统一起来，UCOSII 使用叫做事件控制块(ECB)的数据结构来描

述诸如信号量、邮箱（消息邮箱）和消息队列这些事件。事件控制块中包含包括等待任务表在

内的所有有关事件的数据，事件控制块结构体定义如下：

typedef struct{ INT8U OSEventType;//事件的类型 INT16U OSEventCnt;//信号量计数器 void *OSEventPtr;//消息或消息队列的指针 INT8U OSEventGrp;//等待事件的任务组 INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];//任务等待表#if OS_EVENT_NAME_EN > 0uINT8U *OSEventName;//事件名#endif} OS_EVENT;

信号量

信号量是一类事件。使用信号量的最初目的，是为了给共享资源设立一个标志，该标志表

示该共享资源的占用情况。这样，当一个任务在访问共享资源之前，就可以先对这个标志进行

查询，从而在了解资源被占用的情况之后，再来决定自己的行为。

信号量可以分为两种：一种是二值型信号量，另外一种是 N 值信号量。

二值型信号量好比家里的座机，任何时候，只能有一个人占用。而 N 值信号量，则好比公

共 *** 亭，可以同时有多个人（N 个）使用。

UCOSII 将二值型信号量称之为也叫互斥型信号量，将 N 值信号量称之为计数型信号量，

也就是普通的信号量。本章，我们介绍的是普通信号量，互斥型信号量的介绍，请参考《嵌入

式实时操作系统 UCOSII 原理及应用》5.4 节。

接下来我们看看在 UCOSII 中，与信号量相关的几个函数（未全部列出，下同）。

1） 创建信号量函数

在使用信号量之前，我们必须用函数 OSSemCreate 来创建一个信号量，该函数的原型

为：

OS_EVENT *OSSemCreate (INT16U cnt);

该函数返回值为已创建的信号量的指针，而参数 cnt 则是信号量计数器（OSEventCnt）

的初始值。

2） 请求信号量函数

任务通过调用函数 OSSemPend 请求信号量，该函数原型如下：

void OSSemPend ( OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err);

其中，参数 pevent 是被请求信号量的指针，timeout 为等待时限，err 为错误信息。

为防止任务因得不到信号量而处于长期的等待状态，函数 OSSemPend 允许用参数

timeout 设置一个等待时间的限制，当任务等待的时间超过 timeout 时可以结束等待状态而

进入就绪状态。如果参数 timeout 被设置为 0，则表明任务的等待时间为无限长。

3） 发送信号量函数

任务获得信号量，并在访问共享资源结束以后，必须要释放信号量，释放信号量也叫

做发送信号量，发送信号通过 OSSemPost 函数实现 。OSSemPost 函数在对信号量的计数

器操作之前，首先要检查是否还有等待该信号量的任务。如果没有，就把信号量计数器

OSEventCnt 加一；如果有，则调用调度器 OS_Sched( )去运行等待任务中优先级别最高的

任务。函数 OSSemPost 的原型为：

INT8U OSSemPost(OS_EVENT *pevent);

其中，pevent 为信号量指针，该函数在调用成功后，返回值为 OS_ON_ERR，否则会

根据具体错误返回 OS_ERR_EVENT_TYPE、OS_SEM_OVF。

4） 删除信号量函数

应用程序如果不需要某个信号量了，那么可以调用函数 OSSemDel 来删除该信号量，

该函数的原型为：

OS_EVENT *OSSemDel (OS_EVENT *pevent,INT8U opt, INT8U *err);

其中，pevent 为要删除的信号量指针，opt 为删除条件选项，err 为错误信息。

邮箱

在多任务操作系统中，常常需要在任务与任务之间通过传递一个数据（这种数据叫做“消息”）的方式来进行通信。为了达到这个目的，可以在内存中创建一个存储空间作为该数据的

缓冲区。如果把这个缓冲区称之为消息缓冲区，这样在任务间传递数据（消息）的最简单办法

就是传递消息缓冲区的指针。我们把用来传递消息缓冲区指针的数据结构叫做邮箱（消息邮箱）。

在 UCOSII 中，我们通过事件控制块的 OSEventPrt 来传递消息缓冲区指针，同时使事件控

制块的成员 OSEventType 为常数 OS_EVENT_TYPE_MBOX，则该事件控制块就叫做消息邮箱。

接下来我们看看在 UCOSII 中，与消息邮箱相关的几个函数。

1） 创建邮箱函数

创建邮箱通过函数 OSMboxCreate 实现，该函数原型为：

OS_EVENT *OSMboxCreate (void *msg);

函数中的参数 msg 为消息的指针，函数的返回值为消息邮箱的指针。

调用函数 OSMboxCreate 需先定义 msg 的初始值。在一般的情况下，这个初始值为

NULL；但也可以事先定义一个邮箱，然后把这个邮箱的指针作为参数传递到函数

OSMboxCreate 中，使之一开始就指向一个邮箱。

2） 向邮箱发送消息函数

任务可以通过调用函数 OSMboxPost 向消息邮箱发送消息，这个函数的原型为：

INT8U OSMboxPost (OS_EVENT *pevent,void *msg);

其中 pevent 为消息邮箱的指针，msg 为消息指针。

3） 请求邮箱函数

当一个任务请求邮箱时需要调用函数 OSMboxPend，这个函数的主要作用就是查看邮

箱指针 OSEventPtr 是否为 NULL，如果不是 NULL 就把邮箱中的消息指针返回给调用函数

的任务，同时用 OS_NO_ERR 通过函数的参数 err 通知任务获取消息成功；如果邮箱指针

OSEventPtr 是 NULL，则使任务进入等待状态，并引发一次任务调度。

函数 OSMboxPend 的原型为：

void *OSMboxPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err);

其中 pevent 为请求邮箱指针，timeout 为等待时限，err 为错误信息。

4） 查询邮箱状态函数

任务可以通过调用函数 OSMboxQuery 查询邮箱的当前状态。该函数原型为：

INT8U OSMboxQuery(OS_EVENT *pevent,OS_MBOX_DATA *pdata);

其中 pevent 为消息邮箱指针，pdata 为存放邮箱信息的结构。

5） 删除邮箱函数

在邮箱不再使用的时候，我们可以通过调用函数 OSMboxDel 来删除一个邮箱，该函

数原型为：

OS_EVENT *OSMboxDel(OS_EVENT *pevent,INT8U opt,INT8U *err);

其中 pevent 为消息邮箱指针，opt 为删除选项，err 为错误信息。

关于 UCOSII 信号量和邮箱的介绍，就到这里。更详细的介绍，请参考《嵌入式实时操作

系统 UCOSII 原理及应用》第五章。

60.2 硬件设计

本节实验功能简介：本章我们在 UCOSII 里面创建 6 个任务：开始任务、LED 任务、触摸

屏任务、蜂鸣器任务、按键扫描任务和主任务，开始任务用于创建信号量、创建邮箱、初始化

统计任务以及其ucosii源码分析他任务的创建，之后挂起；LED 任务用于 DS0 控制，提示程序运行状况；蜂

鸣器任务用于测试信号量，是请求信号量函数，每得到一个信号量，蜂鸣器就叫一次；触摸屏

任务用于在屏幕上画图，可以用于测试 CPU 使用率；按键扫描任务用于按键扫描，优先级最高，将得到的键值通过消息邮箱发送出去；主任务则通过查询消息邮箱获得键值，并根据键值

执行 DS1 控制、信号量发送（蜂鸣器控制）、触摸区域清屏和触摸屏校准等控制。

所要用到的硬件资源如下：

1） 指示灯 DS0 、DS1

2） 4 个按键（KEY0/KEY1/KEY_UP）

3） 蜂鸣器

4） LCD 模块

这些，我们在前面的学习中都已经介绍过了。

60.3 软件设计

本章，我们在第二十一章实验 （实验 16）的基础上修改。首先，是 UCOSII 代码的添加，

具体 *** 同上一章一模一样，本章就不再详细介绍了。

在加入 UCOSII 代码后，我们只需要修改 main.c 函数了，打开 main.c，输入如下代码：

/////////////////////////UCOSII 任务设置/////////////////////////////////////START 任务#define START_TASK_PRIO10//设置任务优先级#define START_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];//任务堆栈void start_task(void *pdata);//任务函数//触摸屏任务#define TOUCH_TASK_PRIO7//设置任务优先级#define TOUCH_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK TOUCH_TASK_STK[TOUCH_STK_SIZE];//任务堆栈void touch_task(void *pdata);//任务函数//LED 任务#define LED_TASK_PRIO6//设置任务优先级#define LED_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK LED_TASK_STK[LED_STK_SIZE];//任务堆栈void led_task(void *pdata);//任务函数//蜂鸣器任务#define BEEP_TASK_PRIO5//设置任务优先级#define BEEP_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK BEEP_TASK_STK[BEEP_STK_SIZE];//任务堆栈void beep_task(void *pdata);//任务函数//主任务#define MAIN_TASK_PRIO4//设置任务优先级#define MAIN_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK MAIN_TASK_STK[MAIN_STK_SIZE];//任务堆栈void main_task(void *pdata);//任务函数//按键扫描任务#define KEY_TASK_PRIO3//设置任务优先级#define KEY_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK KEY_TASK_STK[KEY_STK_SIZE];//任务堆栈void key_task(void *pdata);//任务函数//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////OS_EVENT * msg_key;//按键邮箱事件块指针OS_EVENT * sem_beep;//蜂鸣器信号量指针//加载主界面void ucos_load_main_ui(void){…//此处省略函数定义}int main(void){ Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init();//初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(216); //延时初始化uart_init(115200); //串口初始化 LED_Init();//初始化 LED KEY_Init();//初始化按键 SDRAM_Init();//初始化 SDRAM LCD_Init();//初始化 LCD tp_dev.init(); //初始化触摸屏 ucos_load_main_ui(); //加载主界面OSInit();//UCOS 初始化OSTaskCreateExt((void(*)(void*) )start_task,//任务函数 (void* )0,//传递给任务函数的参数 (OS_STK* )&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],//任务堆栈栈顶 (INT8U )START_TASK_PRIO, //任务优先级 (INT16U )START_TASK_PRIO,//任务 ID，这里设置为//和优先级一样 (OS_STK* )&START_TASK_STK[0], //任务堆栈栈底 (INT32U )START_STK_SIZE,//任务堆栈大小 (void* )0, //用户补充的存储区 (INT16U ) OS_TASK_OPT_STK_CHK|\OS_TASK_OPT_STK_CLR|\OS_TASK_OPT_SAVE_FP);//任务选项OSStart(); //开始任务}//画水平线//x0,y0:坐标 len:线长度 color:颜色void gui_draw_hline(u16 x0,u16 y0,u16 len,u16 color){…//此处省略函数定义}//画实心圆//x0,y0:坐标 r:半径 color:颜色void gui_fill_circle(u16 x0,u16 y0,u16 r,u16 color){…//此处省略函数定义}//两个数之差的绝对值//x1,x2：需取差值的两个数//返回值：|x1-x2|u16 my_abs(u16 x1,u16 x2){if(x1>x2)return x1-x2;else return x2-x1;}//画一条粗线//(x1,y1),(x2,y2):线条的起始坐标 size：线条的粗细程度 color：线条的颜色void lcd_draw_bline(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2,u8 size,u16 color){…//此处省略函数定义}void start_task(void *pdata){OS_CPU_SR cpu_sr=0;pdata=pdata; msg_key=OSMboxCreate((void*)0); //创建消息邮箱sem_beep=OSSemCreate(0);//创建信号量OSStatInit();//开启统计任务OS_ENTER_CRITICAL();//进入临界区(关闭中断) //触摸任务 OSTaskCreateExt((void(*)(void*) )touch_task, (void* )0, (OS_STK* )&TOUCH_TASK_STK[TOUCH_STK_SIZE-1], (INT8U )TOUCH_TASK_PRIO, (INT16U )TOUCH_TASK_PRIO, (OS_STK* )&TOUCH_TASK_STK[0], (INT32U )TOUCH_STK_SIZE, (void* )0, (INT16U )OS_TASK_OPT_STK_CHK|\OS_TASK_OPT_STK_CLR|\OS_TASK_OPT_SAVE_FP); OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//LED 任务 OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//蜂鸣器任务OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//主任务 OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//按键任务 OS_EXIT_CRITICAL();//退出临界区(开中断)OSTaskSuspend(START_TASK_PRIO);//挂起开始任务}/LED 任务void led_task(void *pdata){u8 t;while(1){t++;delay_ms(10);if(t==8)LED0(1); //LED0 灭if(t==100)//LED0 亮{t=0;LED0(0);}}}//蜂鸣器任务void beep_task(void *pdata){ u8 err;while(1){ OSSemPend(sem_beep,0,&err); //请求信号量BEEP(0);//打开蜂鸣器 delay_ms(60);BEEP(1);//关闭蜂鸣器 delay_ms(940);}}//触摸屏任务void touch_task(void *pdata){u32 cpu_sr;u16 lastpos[2];//最后一次的数据while(1){tp_dev.scan(0);if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN)//触摸屏被按下{if(tp_dev.x[0]<lcddev.width&&tp_dev.y[0]<lcddev.height&&tp_dev.y[0]>120){if(lastpos[0]==0XFFFF){lastpos[0]=tp_dev.x[0];lastpos[1]=tp_dev.y[0];}//进入临界段,防止其他任务,打断 LCD 操作,导致液晶乱序.OS_ENTER_CRITICAL();lcd_draw_bline(lastpos[0],lastpos[1],tp_dev.x[0],tp_dev.y[0],2,RED);//画线OS_EXIT_CRITICAL();lastpos[0]=tp_dev.x[0];lastpos[1]=tp_dev.y[0];}}else{lastpos[0]=0XFFFF;delay_ms(10); //没有按键按下的时候}}}//主任务void main_task(void *pdata){u32 key=0;u8 err, semmask=0, tcnt=0;while(1){key=(u32)OSMboxPend(msg_key,10,&err);switch(key){case 1://控制 DS1LED1_Toggle; break;case 2://发送信号量semmask=1;OSSemPost(sem_beep);break;case 3://清除LCD_Fill(0,121,lcddev.width-1,lcddev.height-1,WHITE);break;case 4://校准，仅电阻屏有效，电容屏无需校准。OSTaskSuspend(TOUCH_TASK_PRIO); //挂起触摸屏任务if((tp_dev.touchtype&0X80)==0)TP_Adjust();OSTaskResume(TOUCH_TASK_PRIO);//解挂ucos_load_main_ui();//重新加载主界面break;}if(semmask||sem_beep->OSEventCnt)//需要显示 sem{POINT_COLOR=BLUE;//显示信号量的值LCD_ShowxNum(212,50,sem_beep->OSEventCnt,3,16,0X80);if(sem_beep->OSEventCnt==0)semmask=0;//停止更新}if(tcnt==10)//0.6 秒更新一次 CPU 使用率{tcnt=0;POINT_COLOR=BLUE;LCD_ShowxNum(192,30,OSCPUUsage,3,16,0); //显示 CPU 使用率}tcnt++;delay_ms(10);}}//按键扫描任务void key_task(void *pdata){u8 key;while(1){key=KEY_Scan(0);if(key)OSMboxPost(msg_key,(void*)key);//发送消息delay_ms(10);}}

该部分代码我们创建了 6 个任务：start_task、led_task、beep_task、touch_task、main_task

和 key_task，优先级分别是 10 和 7~3，堆栈大小都是 128。

该程序的运行流程就比上一章复杂了一些，我们创建了消息邮箱 msg_key，用于按键任务

和主任务之间的数据传输（传递键值），另外创建了信号量 sem_beep，用于蜂鸣器任务和主任

务之间的通信。

本代码中，我们使用了 UCOSII 提供的 CPU 统计任务，通过 OSStatInit 初始化 CPU 统计任

务，然后在主任务中显示 CPU 使用率。

另外，在主任务中，我们用到了任务的挂起和恢复函数，在执行触摸屏校准的时候，我们

必须先将触摸屏任务挂起，待校准完成之后，再恢复触摸屏任务。这是因为触摸屏校准和触摸

屏任务都用到了触摸屏和 TFTLCD，而这两个东西是不支持多个任务占用的，所以必须采用独

占的方式使用，否则可能导致数据错乱。

软件设计部分就为大家介绍到这里。

60.4 下载验证

在代码编译成功之后，我们通过下载代码到水星 STM32 开发板上，可以看到 LCD 显示界

面如图 60.4.1 所示：

图 60.4.1 初始界面

从图中可以看出，默认状态下，CPU 使用率仅为 1%左右。通过按 KEY0，可以控制 DS1

的亮灭；通过按 KEY1 则可以控制蜂鸣器的发声（连续按下多次后，可以看到蜂鸣每隔 1 秒叫

一次），同时，可以在 LCD 上面看到信号量的当前值；通过按 KEY_UP 可以进入校准程序，进

行触摸屏校准（注意，电容触摸屏不需要校准，所以如果是电容屏，按 KEY_UP，就相当于清

屏一次的效果，不会进行校准）。