临界区的问题以及解决方法.doc

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_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,,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,[mem]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_enable_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,,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