آموزش FreeRTOS نحوه استفاده از میوتکس Mutex

میوتکس Mutex ها یکی از کارامدترین ابزارهای سیستم عامل ها برای کار با منابع اشتراکی هستند. زمانی که تسک های مختلف از منابع مشترکی استفاده می کنند، خطر تداخل استفاده همواره وجود دارد. برای جلوگیری از این مشکل ابزارها و روش های مختلفی وجود دارد. یکی از کارآمدترین ابزارها استفاده از میوتکس Mutex است که در این مطلب با نحوه ی استفاده از آن با سبک FreeRTOS آشنا می شویم.

در صورتی که با نحوه پیکربندی اولیه پروژه بر مبنای سیستم عامل آشنایی ندارید مقاله زیر را ببینید.

نصب و راه اندازی FreeRTOS

تعریف Handler برای Mutex

برای استفاده و دسترسی به میوتکس ها نیاز است که یک هندلر در اولین گام تعریف کنیم. به این صورت در هر لحظه می توانیم به میوتکس مدنظر در سیستم دسترسی داشته باشیم.

درکد زیر myMutexHandle به عنوان یک Handler برای میوتکس تعریف شده است.

تعریف هندلر به سبک FreeRTOS

xSemaphoreHandle myMutexHandle;

تعریف هندلر به سبک CMSIS-RTOS

osMutexId myMutexHandle;

ایجاد میوتکس Mutex

قبل از استفاده از میوتکس، نیاز است که آن را ایجاد کنیم و به هندلری که در گام قبل تعریف کردیم متصل کنیم. در کد زیر نحوه ی ایجاد میوتکس قابل مشاهده است.

ایجاد میوتکس به سبک FreeRTOS

myMutexHandle = xSemaphoreCreateMutex();

ایجاد میوتکس به سبک CMSIS-RTOS

osMutexDef(mutex1);
myMutexHandle = osMutexCreate(osMutex(mutex1));

نحوه استفاده از میوتکس Mutex

از آنجایی که منبع اشتراکی، همانطور که از اسمش پیداست، در اشتراک با چند تسک است و تسک های مختلف می خواهند از آن منبع استفاده کنند، نیاز به رعایت یکسری قانون بین تسک هاست. قانون کلی به این صورت است …

هر تسک که قصد دارد از منبع اشتراکی استفاده کند، تنها در صورتی که منبع در حال استفاده توسط تسک دیگری نباشد، می تواند به منبع اشتراکی دسترسی یابد.
همینطور هر تسک که از منبع اشتراکی استفاده می کند باید توسط میوتکس آن را قفل کند تا تسک های دیگر امکان استفاده همزمان پیدا نکنند.
هر تسک پس از استفاده از منبع اشتراکی، باید توسط میوتکس آن را آزاد کند و در اختیار سیستم قرار دهد تا مابقیه تسک ها نیز بتوانند از منبع اشتراکی استفاده کنند.

منبع اشتراکی چیست؟

منبع اشتراکی می تواند یک متغییر Global باشد که در دید همگان است. می تواند یکی از پریفرال ها مثل واحد سریال USART و یا SPI ، I2C و … باشد. هر منبعی که بخواهد به صورت مشترک حداقل بین دو تسک مورد استفاده قرار گیرد.

در اختیار گرفتن منبع اشتراکی

هر تسک قبل از دسترسی به منبع اشتراکی موظف است ابتدا میوتکس آن را بررسی کند و در صورت در دسترس بودن میوتکس آن را از سیستم بگیرد و منبع را قفل کند. در صورتی که میوتکس در لحظه در دسترس تسک در حال اجرا نباشد، امکان لحاظ کردن تایم اوت برای آزاد شدن میوتکس وجود دارد. تا زمان منقضی شدن تایم اوت، تسک به حالت بلاک در می آید و زمانی از پردازنده نمی گیرد. کد زیر این کار را انجام می دهد. و قبل از استفاده از منبع اشتراکی قرار می گیرد.

در روش FreeRTOS

xSemaphoreTake(myMutexHandle, portMAX_DELAY);

در روش CMSIS-RTOS

osMutexWait(myMutexHandle, osWaitForever);

آزاد کردن منبع اشتراکی

تسکی که در حال استفاده از منبع اشتراکی است، بعد از پایان استفاده از منبع اشتراکی باید میوتکس قفل شده را به سیستم بازگرداند و اصطلاحا میوتکس را آزاد کند. کد زیر کار آزاد سازی میوتکس منبع اشتراکی را انجام می دهد. این دستور باید بعد از منبع اشتراکی قرار گیرد.

در روش FreeRTOS

xSemaphoreGive(myMutexHandle);

در روش CMSIS-RTOS

osMutexRelease(myMutexHandle);

فرم استفاده از میوتکس

مراحل گفته شده در بالا، به شکل کلی زیر پیاده سازی می شود. در هر تسک قبل و بعد از منبع اشتراکی باید میوتکس گرفته و آزاد شود، مشابه کد زیر.

در روش FreeRTOS

xSemaphoreTake(myMutexHandle, portMAX_DELAY);
// منبع اشتراکی (Shared Resource)
xSemaphoreGive(myMutexHandle);

در روش CMSIS-RTOS

osMutexWait(myMutexHandle, osWaitForever);
// منبع اشتراکی (Shared Resource)
osMutexRelease(myMutexHandle);

به این صورت یاد گرفتیم که در روش برنامه نویسی سیستم عامل FreeRTOS به چه صورت می توانیم با استفاده از میوتکس Mutex ها از منابع اشتراکی استفاده کنیم، به صورتی که تداخلی پیش نیاید. بسیار عالی !