第60節(jié)：用關(guān)中斷和互斥量來保護多線程共享的全局變量
從業(yè)近十年!手把手教你單片機程序框架 第60講
開場白：
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)中更改某個數(shù)據(jù)變量時，應該先關(guān)閉中斷，修改完后再打開中斷;我也提到了網(wǎng)友“紅金龍吸味”關(guān)于原子鎖的建議。經(jīng)過這段時間的思考和總結(jié)，我發(fā)現(xiàn)不管是關(guān)中斷開中斷，還是原子鎖，其實本質(zhì)上都是程序在多進程中臨界點的數(shù)據(jù)處理，原子鎖有個專用名詞叫互斥量，而我引以為豪的狀態(tài)機程序框架，主函數(shù)的switch語句，外加一個定時中斷，本質(zhì)上就是2個獨立進程在不斷切換并行運行。
為什么要保護多線程共享的全局變量?因為，多個線程同時訪問同一個全局變量，如果都是讀取操作，則不會出現(xiàn)問題。如果一個線程負責改變此變量的值，而其他線程負責同時讀取變量內(nèi)容，則不能保證讀取到的數(shù)據(jù)是經(jīng)過寫線程修改后的。
這一節(jié)要教大家一個知識點：如何用關(guān)中斷和互斥量來保護多線程共享的全局變量。
具體內(nèi)容，請看源代碼講解。
(1)硬件平臺：
基于朱兆祺51單片機學習板。
(2)實現(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)生一次短叫報警，在后面6秒發(fā)生一次長叫報警，如此反復循環(huán)。
(3)源代碼講解如下：
#include "REG52.H"
#define const_time_3s 1332 //3秒鐘的時間需要的定時中斷次數(shù)
#define const_time_6s 2664 //6秒鐘的時間需要的定時中斷次數(shù)
#define const_voice_short 40 //蜂鳴器短叫的持續(xù)時間
#define const_voice_long 200 //蜂鳴器長叫的持續(xù)時間
void initial_myself();
void initial_peripheral();
void delay_long(unsigned int uiDelaylong);
void led_flicker();
void alarm_run();
void T0_time(); //定時中斷函數(shù)
sbit beep_dr=P2^7; //蜂鳴器的驅(qū)動IO口
unsigned char ucAlarmStep=0; //報警的步驟變量
unsigned int uiTimeAlarmCnt=0; //報警統(tǒng)計定時中斷次數(shù)的延時計數(shù)器
unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鳴器鳴叫的持續(xù)時間計數(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(); //報警器定時報警
}
}
/* 注釋一：
* 保護多線程共享全局變量的原理：
* 多個線程同時訪問同一個全局變量，如果都是讀取操作，則不會出現(xiàn)問題。如果一個線程負責改變此變量的值，
* 而其他線程負責同時讀取變量內(nèi)容，則不能保證讀取到的數(shù)據(jù)是經(jīng)過寫線程修改后的。
* 鴻哥的基本程序框架都是兩線程為主，一個是main函數(shù)線程，一個是定時函數(shù)線程。
*/
void alarm_run() //報警器的應用程序
{
switch(ucAlarmStep)
{
case 0:
if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_3s) //時間到
{
/* 注釋二：
* 用關(guān)中斷來保護多線程共享的全局變量：
* 因為uiTimeAlarmCnt和uiVoiceCnt都是unsigned int類型，本質(zhì)上是由兩個字節(jié)組成。
* 在C語言中uiTimeAlarmCnt=0和uiVoiceCnt=const_voice_short看似一條指令，
* 實際上經(jīng)過編譯之后它不只一條匯編指令。由于另外一個定時中斷線程里也會對這個變量
* 進行判斷和操作，如果不禁止定時中斷或者采取其它措施，定時函數(shù)往往會在主函數(shù)還沒有
* 結(jié)束操作共享變量前就去訪問或處理這個共享變量，這就會引起沖突，導致系統(tǒng)運行異常。
*/
ET0=0; //禁止定時中斷
uiTimeAlarmCnt=0; //時間計數(shù)器清零
uiVoiceCnt=const_voice_short; //蜂鳴器短叫
ET0=1; //開啟允許定時中斷
ucAlarmStep=1; //切換到下一個步驟
}
break;
case 1:
if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_6s) //時間到
{
/* 注釋三：
* 用互斥量來保護多線程共享的全局變量：
* 我覺得，在這種場合，用互斥量比前面用關(guān)中斷的方法更加好。
* 因為一旦關(guān)閉了定時中斷，整個中斷函數(shù)就會在那一刻停止運行了，
* 而加一個互斥量，既能保護全局變量，又能讓定時中斷函數(shù)正常運行，
* 真是一舉兩得。
*/
ucLock=1; //互斥量加鎖。 俗稱原子鎖
uiTimeAlarmCnt=0; //時間計數(shù)器清零
uiVoiceCnt=const_voice_long; //蜂鳴器長叫
ucLock=0; //互斥量解鎖。 俗稱原子鎖
ucAlarmStep=0; //返回到上一個步驟
}
break;
}
}
void T0_time() interrupt 1
{
TF0=0; //清除中斷標志
TR0=0; //關(guān)中斷
if(ucLock==0) //互斥量判斷
{
if(uiTimeAlarmCnt<0xffff) //設定這個條件，防止uiTimeAlarmCnt超范圍。
{
uiTimeAlarmCnt++; //報警的時間計數(shù)器，累加定時中斷的次數(shù)，
}
if(uiVoiceCnt!=0)
{
uiVoiceCnt--; //每次進入定時中斷都自減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，低電平就開始鳴叫。
}
else
{
; //此處多加一個空指令，想維持跟if括號語句的數(shù)量對稱，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
{
; //一個分號相當于執(zhí)行一條空語句
}
}
}
void initial_myself() //第一區(qū) 初始化單片機
{
beep_dr=1; //用PNP三極管控制蜂鳴器，輸出高電平時不叫。
TMOD=0x01; //設置定時器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; //開總中斷
ET0=1; //允許定時中斷
TR0=1; //啟動定時中斷
}
總結(jié)陳詞：
從下一節(jié)開始我準備用幾章節(jié)的內(nèi)容來講常用的數(shù)**算程序。這些程序經(jīng)常要用在計算器，工控，以及高精度的儀器儀表等領(lǐng)域。C語言的語法中不是已經(jīng)提供了+,-,*,/這些運算符號嗎?為什么還要專門寫算法程序?因為那些運算符只能進行簡單的運算，一旦數(shù)據(jù)超過了unsigned long(4個字節(jié))的范圍就會出錯。而這種大數(shù)據(jù)算法的程序是什么樣的?欲知詳情，請聽下回分解----大數(shù)據(jù)的加法運算。
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