在ThreadX中如何使用信号量详解

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原创最新推荐文章于 2026-05-05 09:01:24 发布 1.5k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

ThreadX学习（1）——概述 ThreadX学习（1）——概述学习参考：组件学习参考：《Real-Time Embedded Multithreading: Using ThreadX and ARM》安富莱_STM32-V7开发板ThreadX内核教程（V0.7）组件某些组件是公共资源，这意味着它可以从任何线程访问。访问一个组件与拥有它是不同的。例如，互斥锁可以被任何线程访问，但一次只能被一个线程拥有。 ... 阅读详情

什么是信号量？

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信号量的概念和作用

信号量的概念最早由Edgser Dijkstra在20世纪60年代中期提出，用来解决多个线程访问共享资源的问题。信号量可以看作是一个表示资源数量的标志，当一个线程要访问共享资源时，它需要先检查信号量的值，如果信号量的值大于零，说明有可用的资源，那么线程就可以获取信号量，并将信号量的值减一，然后访问共享资源；如果信号量的值等于零，说明没有可用的资源，那么线程就需要等待，直到有其他线程释放信号量，并将信号量的值加一，然后再尝试获取信号量。

信号量的作用主要有两方面：

线程间的同步：当信号量的值表示某个事件的发生次数时，信号量可以用来实现线程间的同步。例如，一个线程可以通过函数tx_semaphore_put来发送信号量，表示某个事件已经发生，另一个线程可以通过函数tx_semaphore_get来等待信号量，表示等待某个事件的发生。这样，两个线程就可以通过信号量来协调自己的行为，实现同步的目的。
资源的管理：当信号量的值表示某种资源的数量时，信号量可以用来实现资源的管理。例如，一个系统有多个设备，每个设备都需要一个驱动程序来控制，那么可以用一个信号量来表示可用的驱动程序的数量，每个线程在使用设备之前，需要先通过函数tx_semaphore_get来获取信号量，表示占用一个驱动程序，使用完设备之后，需要通过函数tx_semaphore_put来释放信号量，表示释放一个驱动程序。这样，信号量就可以用来避免多个线程同时访问同一个设备，造成冲突或错误。

信号量的创建和删除

在ThreadX中，信号量是一种内核对象，它需要通过函数tx_semaphore_create来创建，并指定一个名称和一个初始值。例如，下面的代码创建了一个名为semaphore的信号量，初始值为10：

TX_SEMAPHORE semaphore; //定义一个信号量变量
tx_semaphore_create(&semaphore, "semaphore", 10); //创建信号量，初始值为10

信号量创建成功后，就可以通过函数tx_semaphore_get和tx_semaphore_put来操作信号量的值。当信号量不再需要时，可以通过函数tx_semaphore_delete来删除信号量，释放内存空间。例如，下面的代码删除了之前创建的信号量：

tx_semaphore_delete(&semaphore); //删除信号量

信号量的获取和释放

在ThreadX中，信号量的获取和释放是通过函数tx_semaphore_get和tx_semaphore_put来实现的。函数tx_semaphore_get用来获取信号量，如果信号量的值大于零，那么函数会将信号量的值减一，并立即返回；如果信号量的值等于零，那么函数会将调用线程挂起，直到信号量的值变为正数，或者超时。函数tx_semaphore_put用来释放信号量，函数会将信号量的值加一，并唤醒等待信号量的线程。例如，下面的代码演示了两个线程如何通过信号量来实现同步：

//定义两个线程的入口函数
void thread1_entry(ULONG entry_input)
{
    while(1)
    {
        //做一些工作
        //...
        //发送信号量，表示事件已经发生
        tx_semaphore_put(&semaphore);
        //延时一段时间
        tx_thread_sleep(100);
    }
}

void thread2_entry(ULONG entry_input)
{
    while(1)
    {
        //等待信号量，表示等待事件的发生
        tx_semaphore_get(&semaphore, TX_WAIT_FOREVER);
        //做一些工作
        //...
    }
}

//定义两个线程的控制块和栈空间
TX_THREAD thread1;
TX_THREAD thread2;
UCHAR thread1_stack[1024];
UCHAR thread2_stack[1024];

//定义一个信号量
TX_SEMAPHORE semaphore;

//在主函数中创建信号量和线程
int main(void)
{
    //初始化ThreadX
    tx_kernel_enter();
    //创建信号量，初始值为0
    tx_semaphore_create(&semaphore, "semaphore", 0);
    //创建线程1，优先级为10
    tx_thread_create(&thread1, "thread1", thread1_entry, 0, thread1_stack, 1024, 10, 10, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
    //创建线程2，优先级为20
    tx_thread_create(&thread2, "thread2", thread2_entry, 0, thread2_stack, 1024, 20, 20, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
    //启动ThreadX
    tx_kernel_exec();
    //永远不会到达这里
    return 0;
}

上面的代码中，线程1每隔一段时间就会发送一个信号量，表示某个事件已经发生；线程2则会一直等待信号量，表示等待事件的发生。当线程1发送信号量后，线程2就会被唤醒，然后做一些工作，这样就实现了两个线程的同步。

信号量的任务通知

ThreadX中的信号量还有一个高级的功能，就是信号量的任务通知，也称为事件链。信号量的任务通知可以用来将多个信号量连接在一起，实现更复杂的同步机制。信号量的任务通知的原理是，当一个线程获取或释放一个信号量时，可以注册一个回调函数，该回调函数会在信号量的值发生变化时被调用，从而可以对其他的信号量进行操作。例如，下面的代码演示了如何使用信号量的任务通知来实现一个生产者-消费者模型：

//定义一个队列，用来存放生产的数据
TX_QUEUE queue;
UCHAR queue_buffer[100];

//定义两个信号量，用来表示队列的空闲空间和已用空间
TX_SEMAPHORE empty;
TX_SEMAPHORE full;

//定义一个信号量的任务通知回调函数，用来在队列满时释放full信号量，在队列空时释放empty信号量
void queue_notify(TX_SEMAPHORE *semaphore_ptr)
{
    //获取队列的信息
    ULONG messages, empty_slots;
    tx_queue_info_get(&queue, NULL, &messages, &empty_slots, NULL, NULL);
    //如果队列满了，释放full信号量
    if (messages == 100)
    {
        tx_semaphore_put(&full);
    }
    //如果队列空了，释放empty信号量
    if (empty_slots == 100)
    {
        tx_semaphore_put(&empty);
    }
}
//定义两个线程的入口函数，一个是生产者，一个是消费者
void producer_entry(ULONG entry_input)
{
    while(1)
    {
        //生成一个随机数，作为生产的数据
        ULONG data = rand();
        //获取empty信号量，表示占用一个空闲空间
        tx_semaphore_get(&empty, TX_WAIT_FOREVER);
        //将数据发送到队列中
        tx_queue_send(&queue, &data, TX_NO_WAIT);
        //注册信号量的任务通知回调函数，用来在队列满时释放full信号量
        tx_semaphore_info_set_notify(&empty, queue_notify);
        //延时一段时间
        tx_thread_sleep(50);
    }
}

void consumer_entry(ULONG entry_input)
{
    while(1)
    {
        //获取full信号量，表示消费一个已用空间
        tx_semaphore_get(&full, TX_WAIT_FOREVER);
        //从队列中接收数据
        ULONG data;
        tx_queue_receive(&queue, &data, TX_NO_WAIT);
        //注册信号量的任务通知回调函数，用来在队列空时释放empty信号量
        tx_semaphore_info_set_notify(&full, queue_notify);
        //处理数据
        //...
    }
}

//定义两个线程的控制块和栈空间
TX_THREAD producer;
TX_THREAD consumer;
UCHAR producer_stack[1024];
UCHAR consumer_stack[1024];

//在主函数中创建信号量，队列和线程
int main(void)
{
    //初始化ThreadX
    tx_kernel_enter();
    //创建两个信号量，初始值分别为100和0
    tx_semaphore_create(&empty, "empty", 100);
    tx_semaphore_create(&full, "full", 0);
    //创建一个队列，容量为100
    tx_queue_create(&queue, "queue", TX_1_ULONG, queue_buffer, 100);
    //创建生产者线程，优先级为10
    tx_thread_create(&producer, "producer", producer_entry, 0, producer_stack, 1024, 10, 10, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
    //创建消费者线程，优先级为20
    tx_thread_create(&consumer, "consumer", consumer_entry, 0, consumer_stack, 1024, 20, 20, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
    //启动ThreadX
    tx_kernel_exec();
    //永远不会到达这里
    return 0;
}

上面的代码中，生产者线程每隔一段时间就会生成一个随机数，并发送到队列中，同时获取empty信号量，表示占用一个空闲空间；消费者线程则会从队列中接收数据，并获取full信号量，表示消费一个已用空间。当队列满或空时，信号量的任务通知回调函数会被调用，从而释放相应的信号量，唤醒等待的线程。这样，信号量的任务通知就可以用来实现一个生产者-消费者模型，保证队列的正确操作。

信号量的注意事项

在使用信号量时，有一些注意事项需要遵守，以避免出现错误或死锁的情况：

不要在中断服务例程中调用信号量的函数，因为这可能会导致线程的调度，而中断服务例程不允许线程的切换。
不要在临界区中调用信号量的函数，因为这可能会导致线程的阻塞，而临界区不允许线程的阻塞。
不要在持有互斥锁的情况下调用信号量的函数，因为这可能会导致线程的挂起，而互斥锁不允许线程的挂起。
不要在同一个线程中多次获取同一个信号量，因为这可能会导致线程的死锁，除非信号量是可重入的。
不要在不同的线程中释放同一个信号量，因为这可能会导致信号量的值溢出，除非信号量是可溢出的。
不要在没有获取信号量的情况下释放信号量，因为这可能会导致信号量的值错误，除非信号量是可释放的。

信号量的扩展功能

ThreadX还提供了一些信号量的扩展功能，用来满足更多的需求，这些功能包括：

可重入信号量：允许同一个线程多次获取同一个信号量，而不会导致死锁，通过函数tx_semaphore_prioritize来设置。
可溢出信号量：允许不同的线程多次释放同一个信号量，而不会导致溢出，通过函数tx_semaphore_info_set_notify来设置。
可释放信号量：允许在没有获取信号量的情况下释放信号量，而不会导致错误，通过函数tx_semaphore_performance_info_get来设置。
优先级继承信号量：允许在获取信号量的线程被阻塞时，将其优先级提升到等待信号量的最高优先级的线程，从而避免优先级反转的问题，通过函数tx_semaphore_performance_system_info_get来设置。

信号量的性能分析

ThreadX还提供了一些信号量的性能分析的函数，用来获取信号量的使用情况和统计信息，这些函数包括：

tx_semaphore_info_get：获取信号量的名称，当前值，等待线程的数量，等待线程的列表，信号量的任务通知回调函数等信息。
tx_semaphore_performance_info_get：获取信号量的总的获取次数，总的释放次数，总的超时次数，总的等待线程的数量，最大的等待线程的数量等信息。
tx_semaphore_performance_system_info_get：获取系统中所有信号量的总数，当前活动的信号量的数量，当前等待信号量的线程的数量，最大的等待信号量的线程的数量等信息。

信号量的总结

信号量是一种常用的线程间同步和资源管理的机制，它可以用来表示信号对象或资源的数量。在ThreadX中，信号量是一个32位的计数值，它可以通过函数tx_semaphore_create创建，并指定一个初始值。信号量的值可以通过函数tx_semaphore_get和tx_semaphore_put来增加或减少，从而实现线程间的协调和通信。信号量还有一些高级的功能，如信号量的任务通知，信号量的扩展功能，信号量的性能分析等，用来满足更多的需求。信号量是ThreadX中的一个重要的组件，它可以用来实现多种复杂的同步机制，如生产者-消费者模型，读者-写者模型，哲学家就餐问题等。

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