μC/OS-II操作系统中的信号量同步与互斥实践

"该实验报告关注的是在嵌入式实时操作系统µC/OS-II中，如何使用信号量实现任务的同步与互斥。通过两个经典问题——哲学家就餐问题和生产者消费者问题，来探讨如何利用信号量管理共享资源的访问。实验要求编程解决这些问题，确保任务间的正确执行顺序和资源的互斥使用。" 实验报告的核心在于理解并应用信号量机制。信号量是一种用于控制多任务间同步和互斥的工具，在µC/OS-II这样的实时操作系统中尤为关键。 1. **哲学家就餐问题**： - 这个问题描述了五个哲学家坐在圆桌旁，每个人都有两根筷子，需要同时拿起相邻的两根筷子才能吃饭。如果所有哲学家同时伸手取筷子，会导致死锁，即无人能进食。 - 为解决这个问题，实验中创建了5个任务（Task0-Task4），并定义了5个信号量（Sem0-Sem4）。每个任务尝试获取它自己和下一个任务的信号量，以模拟获取筷子。任务的优先级设置为避免优先级反转和死锁。 - 每个任务在获取当前信号量后会“保持”（占用）它，并在完成操作后释放下一个任务的信号量，这样就实现了筷子的互斥访问和同步。 2. **生产者消费者问题**： - 在这个场景中，有一个有限大小的缓冲池，生产者生成产品放入缓冲区，而消费者从缓冲区取出并消费产品。当缓冲池满或空时，必须阻止相应的生产者或消费者继续操作。 - 使用信号量可以实现这一目标，一个信号量用于控制缓冲池的满/空状态，另一个用于互斥访问缓冲池。当缓冲池满时，生产者会被阻塞；当缓冲池空时，消费者会被阻塞。这样确保了资源的合理分配和避免竞争条件。 实验代码中，每个任务（Task1-Task5）都定义了自己的堆栈，并使用静态函数声明。任务的实现细节并未给出，但通常会包含信号量的申请、保持和释放操作，以实现上述的同步和互斥逻辑。 通过这两个经典问题，实验旨在让学习者深入理解信号量机制在处理并发问题中的作用，以及如何在µC/OS-II系统中实现任务间的协作和资源共享。这对于开发实时系统和嵌入式软件至关重要，因为这些系统往往需要精确的时间控制和资源管理。