概述

本文介绍了如何在 RuiChing Studio 中创建一个 ipc_sem 示例工程，并将其编译后在开发板上运行。旨在帮助读者进一步熟悉 RuiChing Studio 开发环境，掌握 信号量的使用。

信号量的作用

在 ​​RT-Thread​​ 中，信号量（Semaphore）是一种核心的​线程间同步机制​​，主要用于解决线程同步​、资源互斥​、​​资源计数​和​​事件通知​等问题。

运行信号量使用示例

用本示例以运用 RT-Thread 信号量机制实现经典的生产者 - 消费者问题，模拟生产者生产数据和消费者消费数据的过程，确保多线程环境下数据访问的同步与互斥为实践目标，实现生产者线程生产数据存入共享缓冲区，消费者线程从共享缓冲区取出数据，通过信号量控制缓冲区资源的使用，避免数据竞争和缓冲区溢出或空读的演示效果。

（1）生产者线程：

1）获取 1 个空位（放产品 number），此时空位减 1；

2）上锁保护；本次的产生的 number 值为 cnt+1，把值循环存入数组 array 中；再开锁；

3）释放 1 个满位（给仓库中放置一个产品，仓库就多一个满位），满位加 1；

（2）消费者线程：

1）获取 1 个满位（取产品 number），此时满位减 1；

2）上锁保护；将本次生产者生产的 number 值从 array 中读出来，并与上次的 number 值相加；再开锁；

3）释放 1 个空位（从仓库上取走一个产品，仓库就多一个空位），空位加 1。

生产者依次产生 10 个 number，消费者依次取走，并将 10 个 number 的值求和。信号量锁 lock 保护 array 临界区资源：保证了消费者每次取 number 值的排他性，实现了线程间同步。

创建工程点击展开

1. 依次点击 “文件” -> “新建” -> "RT-Thread RuiChing App 项目"。

   

2. 在弹出新建向导中选择 开发版 、BSP: 、示例 、 调试器/下载器。选择好之后点击 “完成”。

   

3. 点击 “完成” 后，等待工程创建完成。

   

4. 创建完成。

   

构建工程点击展开

1. 单击工程使工程进入 Active-Debug 模式。

   

2. 点击工具栏上的构建按钮进行工程编译。

   

3. 构建成功后，会显示构建成功的信息。

   

固件下载点击展开

1. 固化设备树

   

2. 固化 APP

   

核心示例代码

信号量示例相关 API

• rt_sem_init：信号量初始化​,value=0时作为事件通知，value=1时作为互斥锁，value>1时作为资源计数器；
• rt_sem_take：获取信号量​，若 value > 0，立即返回成功，value--；否则阻塞线程，超时控制，不可在中断服务程序（ISR）中调用；
• rt_sem_release ：释放信号量，value++，并唤醒等待队列中的线程，根据 flag（PRIO 或 FIFO）选择唤醒优先级最高的线程，可在 ​​ISR​​ 中调用（用于通知任务）；

applications/sem_example.c

void producer_thread_entry(void *parameter)
{
    int cnt = 0;

    while (cnt < 10)
    {
        rt_sem_take(&sem_empty, RT_WAITING_FOREVER); // 获取信号量

        rt_sem_take(&sem_lock, RT_WAITING_FOREVER);
        array[set % MAXSEM] = cnt + 1;
        rt_kprintf(
            "the producer generates a number: %d\n", array[set % MAXSEM]);
        set++;
        rt_sem_release(&sem_lock); // 释放信号量

        rt_sem_release(&sem_full);
        cnt++;

        rt_thread_mdelay(20);
    }

    rt_kprintf("the producer exit!\n");
    cnt = 0;
}

int semaphore_producer_consumer_example(void)
{
    rt_thread_t producer_tid = RT_NULL;
    rt_thread_t consumer_tid = RT_NULL;
    set = 0;
    get = 0;

    rt_sem_init(&sem_lock, "lock", 1, RT_IPC_FLAG_PRIO);  // 初始化信号量
    rt_sem_init(&sem_empty, "empty", MAXSEM, RT_IPC_FLAG_PRIO);  // 初始化信号量
    rt_sem_init(&sem_full, "full", 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);  // 初始化信号量

    producer_tid = rt_thread_create("producer", producer_thread_entry, RT_NULL,
        THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY - 1, THREAD_TIMESLICE);
    if (producer_tid != RT_NULL)
    {
        rt_thread_startup(producer_tid);
    }
    else
    {
        rt_kprintf("create thread producer failed");
        return -1;
    }

    consumer_tid = rt_thread_create("consumer", consumer_thread_entry, RT_NULL,
        THREAD_STACK_SIZE, THREAD_PRIORITY + 1, THREAD_TIMESLICE);
    if (consumer_tid != RT_NULL)
    {
        rt_thread_startup(consumer_tid);
    }
    else
    {
        rt_kprintf("create thread consumer failed");
        return -1;
    }

    return 0;
}

运行示例

操作步骤

1. 将程序下载到开发板
2. 打开串口终端连接开发板
3. 输入 semaphore_producer_consumer_example 命令

预期结果

生产者线程依次产生 10 个 number，消费者线程依次取走并计算总和。

rtt 终端

msh />semaphore_producer_consumer_example
the producer generates a number: 1
the consumer[0] get a number: 1
the producer generates a number: 2
the producer generates a number: 3
the consumer[1] get a number: 2
the producer generates a number: 4
the producer generates a number: 5
the producer generates a number: 6
the consumer[2] get a number: 3
the producer generates a number: 7
the producer generates a number: 8
the consumer[3] get a number: 4
the producer generates a number: 9
the consumer[4] get a number: 5
the producer generates a number: 10
the producer exit!
the consumer[0] get a number: 6
the consumer[1] get a number: 7
the consumer[2] get a number: 8
the consumer[3] get a number: 9
the consumer[4] get a number: 10
the consumer sum is: 55
the consumer exit!