概述

本文介绍如何在 睿擎工业开发平台 中创建并运行 信号量 示例工程，通过初始化三个信号量（互斥锁、空位计数、满位计数）和两个线程，模拟经典的“生产者-消费者”模型。代码通过信号量的获取与释放，实现了对环形缓冲区（共享资源）的安全访问与线程间的同步协调，帮助读者快速掌握信号量这一核心线程间同步机制的使用方法。

信号量简介

信号量（semaphore）是一种经典的线程间同步与互斥机制，通过计数器来控制对共享资源的访问。它允许线程在资源可用时获取信号量，在资源处理完毕后释放信号量，从而实现对临界区的保护以及线程间的协调。信号量在嵌入式开发中被广泛应用于任务调度、共享资源锁定以及生产者-消费者等协作场景。

构建与烧录

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. 固化驱动

   

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）
• rt_sem_detach：脱离信号量，该函数将把指定的静态信号量从内核对象管理器中移除。参数为 sem（指定的信号量对象），若脱离成功返回 RT_EOK

sem_example.c

static 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);//获取信号量
        _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);//释放信号量
        cnt++;

        rt_thread_mdelay(20);
    }

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

static void _consumer_thread_entry(void *parameter)
{
    rt_uint32_t sum = 0;

    while (1)
    {
        rt_sem_take(&_sem_full, RT_WAITING_FOREVER);//获取信号量

        rt_sem_take(&_sem_lock, RT_WAITING_FOREVER);//获取信号量
        sum += _array[_get % MAXSEM];
        rt_kprintf("the consumer[%d] get a number: %d\n", (_get % MAXSEM),
                   _array[_get % MAXSEM]);
        _get++;
        rt_sem_release(&_sem_lock);//释放信号量

        rt_sem_release(&_sem_empty);

        if (_get == 10)
        {
            break;
        }

        rt_thread_mdelay(50);
    }

    rt_kprintf("the consumer sum is: %d\n", sum);
    rt_kprintf("the consumer exit!\n");
    rt_sem_detach(&_sem_lock);//脱离信号量
    rt_sem_detach(&_sem_empty);//脱离信号量
    rt_sem_detach(&_sem_full);//脱离信号量
    sum = 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, SEM_LOCK_NAME, 1, RT_IPC_FLAG_PRIO);//初始化信号量//
    rt_sem_init(&_sem_empty, SEM_EMPTY_NAME, MAXSEM, RT_IPC_FLAG_PRIO);//初始化信号量//
    rt_sem_init(&_sem_full, SEM_FULL_NAME, 0, RT_IPC_FLAG_PRIO);//初始化信号量//

    producer_tid = rt_thread_create(THREAD1_NAME, _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(THREAD2_NAME, _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。

RT-Thread 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!