为验证设计对系统性能的影响,采用ISE 8.2软件对各个模块进行时序仿真。P/V操作仿真结果如图5所示。P/V操作需要在两个模块之间进行读写数据,操作过程中,P/V信号始终有效。

嵌入式μC/OS-II系统中基于ECB基本存储单元实现信号量管理的设计

(1)pend_sem有效(P操作)。申请信号量任务的优先级为01,申请信号量的地址为05。pend_sem有效,令read_cnt为高,根据地址pend_addr读当前信号量的值Cnt,下一个时钟返回数值Cnt_in为0002,大于0;任务获得信号量继续执行,wr_cnt为高,Cnt值进行减1操作后送Cnt_out写回ECB。

(2)post_sem有效(V操作)。根据地址读Cnt值,Cnt值为FFFE《0(Cnt值以补码形式存储)。下一个时钟Cnt进行加1操作后写回ECB,同时Select_h为高,从等待该信号量的任务列表中选择出优先级最高的任务设置为就绪态,触发一次任务调度。

(3)申请一个信号量。申请信号量任务的优先级为03,申请的信号量的地址为09。如果下一个时钟读回的Cnt值为FFFD《0,并且申请类型为高(有等待申请),则修改Cnt值写回,令wr_sid为高,将当前申请任务的优先级送pend_prio_out写入等待该信号的任务列表中。

(4)申请一个信号量,读回的Cnt值为FFFA《0,但当前申请类型为低(无等待申请),不进行任何操作,返回申请失败,通知任务管理器将当前任务阻塞。

用户程序在创建、删除一个信号量以及申请某类共享资源进行P/V操作时,用软件实现信号量管理中,一般先从用户态转到系统态,然后进行基本数据的查询、读出、比较、判断等,再转相应的程序入口,最后还要从系统态转回用户态。而用硬件实现信号量管理后进行以上操作只需一条读或写指令,并且这条指令在用软件实现的信号量管理中也是必须的,其他操作都由硬件逻辑来实现,简化了操作过程。因此,硬化信号量管理后对整个机器速度的提高是非常明显的,特别是对资源种类多、数量大的计算机系统,速度的提高就会更加明显。另一方面,由于硬件的可靠性远超过软件的可靠性,所以硬化后可提高RTOS的可靠性。