第60節(jié)：用關(guān)中斷和互斥量來(lái)保護(hù)多線程共享的全局變量

在前面一些章節(jié)中，我提到為了防止中斷函數(shù)把某些共享數(shù)據(jù)破壞，在主函數(shù)中更改某個(gè)數(shù)據(jù)變量時(shí)，應(yīng)該先關(guān)閉中斷，修改完后再打開(kāi)中斷;我也提到了網(wǎng)友“紅金龍吸味”關(guān)于原子鎖的建議。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的思考和總結(jié)，我發(fā)現(xiàn)不管是關(guān)中斷開(kāi)中斷，還是原子鎖，其實(shí)本質(zhì)上都是程序在多進(jìn)程中臨界點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理，原子鎖有個(gè)專用名詞叫互斥量，而我引以為豪的狀態(tài)機(jī)程序框架，主函數(shù)的switch語(yǔ)句，外加一個(gè)定時(shí)中斷，本質(zhì)上就是2個(gè)獨(dú)立進(jìn)程在不斷切換并行運(yùn)行。

為什么要保護(hù)多線程共享的全局變量?因?yàn)?，多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)全局變量，如果都是讀取操作，則不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如果一個(gè)線程負(fù)責(zé)改變此變量的值，而其他線程負(fù)責(zé)同時(shí)讀取變量?jī)?nèi)容，則不能保證讀取到的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)寫(xiě)線程修改后的。

這一節(jié)要教大家一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：如何用關(guān)中斷和互斥量來(lái)保護(hù)多線程共享的全局變量。

具體內(nèi)容，請(qǐng)看源代碼講解。

(1)硬件平臺(tái)：

基于朱兆祺51單片機(jī)學(xué)習(xí)板。

(2)實(shí)現(xiàn)功能：

在第5節(jié)的基礎(chǔ)上略作修改，讓蜂鳴器在前面3秒發(fā)生一次短叫報(bào)警，在后面6秒發(fā)生一次長(zhǎng)叫報(bào)警，如此反復(fù)循環(huán)。

(3)源代碼講解如下：

#include "REG52.H"

#define const_time_3s 1332 //3秒鐘的時(shí)間需要的定時(shí)中斷次數(shù)

#define const_time_6s 2664 //6秒鐘的時(shí)間需要的定時(shí)中斷次數(shù)

#define const_voice_short 40 //蜂鳴器短叫的持續(xù)時(shí)間

#define const_voice_long 200 //蜂鳴器長(zhǎng)叫的持續(xù)時(shí)間

void initial_myself();

void initial_peripheral();

void delay_long(unsigned int uiDelaylong);

void led_flicker();

void alarm_run();

void T0_time(); //定時(shí)中斷函數(shù)

sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)IO口

unsigned char ucAlarmStep=0; //報(bào)警的步驟變量

unsigned int uiTimeAlarmCnt=0; //報(bào)警統(tǒng)計(jì)定時(shí)中斷次數(shù)的延時(shí)計(jì)數(shù)器

unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鳴器鳴叫的持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)器

unsigned char ucLock=0; //互斥量，俗稱原子鎖

void main()

{

initial_myself();

delay_long(100);

initial_peripheral();

while(1)

{

alarm_run(); //報(bào)警器定時(shí)報(bào)警

}

}

/* 注釋一：

* 保護(hù)多線程共享全局變量的原理：

* 多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)同一個(gè)全局變量，如果都是讀取操作，則不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。如果一個(gè)線程負(fù)責(zé)改變此變量的值，

* 而其他線程負(fù)責(zé)同時(shí)讀取變量?jī)?nèi)容，則不能保證讀取到的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)寫(xiě)線程修改后的。

* 鴻哥的基本程序框架都是兩線程為主，一個(gè)是main函數(shù)線程，一個(gè)是定時(shí)函數(shù)線程。

*/

void alarm_run() //報(bào)警器的應(yīng)用程序

{

switch(ucAlarmStep)

{

case 0:

if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_3s) //時(shí)間到

{

/* 注釋二：

* 用關(guān)中斷來(lái)保護(hù)多線程共享的全局變量：

* 因?yàn)閡iTimeAlarmCnt和uiVoiceCnt都是unsigned int類型，本質(zhì)上是由兩個(gè)字節(jié)組成。

* 在C語(yǔ)言中uiTimeAlarmCnt=0和uiVoiceCnt=const_voice_short看似一條指令，

* 實(shí)際上經(jīng)過(guò)編譯之后它不只一條匯編指令。由于另外一個(gè)定時(shí)中斷線程里也會(huì)對(duì)這個(gè)變量

* 進(jìn)行判斷和操作，如果不禁止定時(shí)中斷或者采取其它措施，定時(shí)函數(shù)往往會(huì)在主函數(shù)還沒(méi)有

* 結(jié)束操作共享變量前就去訪問(wèn)或處理這個(gè)共享變量，這就會(huì)引起沖突，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行異常。

*/

ET0=0; //禁止定時(shí)中斷

uiTimeAlarmCnt=0; //時(shí)間計(jì)數(shù)器清零

uiVoiceCnt=const_voice_short; //蜂鳴器短叫

ET0=1; //開(kāi)啟允許定時(shí)中斷

ucAlarmStep=1; //切換到下一個(gè)步驟

}

break;

case 1:

if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_6s) //時(shí)間到

{

/* 注釋三：

* 用互斥量來(lái)保護(hù)多線程共享的全局變量：

* 我覺(jué)得，在這種場(chǎng)合，用互斥量比前面用關(guān)中斷的方法更加好。

* 因?yàn)橐坏╆P(guān)閉了定時(shí)中斷，整個(gè)中斷函數(shù)就會(huì)在那一刻停止運(yùn)行了，

* 而加一個(gè)互斥量，既能保護(hù)全局變量，又能讓定時(shí)中斷函數(shù)正常運(yùn)行，

* 真是一舉兩得。

*/

ucLock=1; //互斥量加鎖。 俗稱原子鎖

uiTimeAlarmCnt=0; //時(shí)間計(jì)數(shù)器清零

uiVoiceCnt=const_voice_long; //蜂鳴器長(zhǎng)叫

ucLock=0; //互斥量解鎖。 俗稱原子鎖

ucAlarmStep=0; //返回到上一個(gè)步驟

}

break;

}

}

void T0_time() interrupt 1

{

TF0=0; //清除中斷標(biāo)志

TR0=0; //關(guān)中斷

if(ucLock==0) //互斥量判斷

{

if(uiTimeAlarmCnt<0xffff) //設(shè)定這個(gè)條件，防止uiTimeAlarmCnt超范圍。

{

uiTimeAlarmCnt++; //報(bào)警的時(shí)間計(jì)數(shù)器，累加定時(shí)中斷的次數(shù)，

}

if(uiVoiceCnt!=0)

{

uiVoiceCnt--; //每次進(jìn)入定時(shí)中斷都自減1，直到等于零為止。才停止鳴叫

beep_dr=0; //蜂鳴器是PNP三極管控制，低電平就開(kāi)始鳴叫。

}

else

{

; //此處多加一個(gè)空指令，想維持跟if括號(hào)語(yǔ)句的數(shù)量對(duì)稱，都是兩條指令。不加也可以。

beep_dr=1; //蜂鳴器是PNP三極管控制，高電平就停止鳴叫。

}

}

TH0=0xf8; //重裝初始值(65535-2000)=63535=0xf82f

TL0=0x2f;

TR0=1; //開(kāi)中斷

}

void delay_long(unsigned int uiDelayLong)

{

unsigned int i;

unsigned int j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j<500;j++) //內(nèi)嵌循環(huán)的空指令數(shù)量

{

; //一個(gè)分號(hào)相當(dāng)于執(zhí)行一條空語(yǔ)句

}

}

}

void initial_myself() //第一區(qū) 初始化單片機(jī)

{

beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時(shí)不叫。

TMOD=0x01; //設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1

TH0=0xf8; //重裝初始值(65535-2000)=63535=0xf82f

TL0=0x2f;

}

void initial_peripheral() //第二區(qū) 初始化外圍

{

EA=1; //開(kāi)總中斷

ET0=1; //允許定時(shí)中斷

TR0=1; //啟動(dòng)定時(shí)中斷

}

總結(jié)陳詞：

從下一節(jié)開(kāi)始我準(zhǔn)備用幾章節(jié)的內(nèi)容來(lái)講常用的數(shù)**算程序。這些程序經(jīng)常要用在計(jì)算器，工控，以及高精度的儀器儀表等領(lǐng)域。C語(yǔ)言的語(yǔ)法中不是已經(jīng)提供了+,-,*,/這些運(yùn)算符號(hào)嗎?為什么還要專門寫(xiě)算法程序?因?yàn)槟切┻\(yùn)算符只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算，一旦數(shù)據(jù)超過(guò)了unsigned long(4個(gè)字節(jié))的范圍就會(huì)出錯(cuò)。而這種大數(shù)據(jù)算法的程序是什么樣的?欲知詳情，請(qǐng)聽(tīng)下回分解----大數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算。