2021年11月04日 | 用关中断和互斥量来保护多线程共享的全局变量

一、使用proteus绘制简单的电路图，用于后续仿真

二、编写程序

/********************************************************************************************************************

---- @Project: Mutex

---- @File: main.c

---- @Edit: ZHQ

---- @Version: V1.0

---- @CreationTime: 20200810

---- @ModifiedTime: 20200810

---- @Description: LED闪烁，蜂鸣器报警

---- 让蜂鸣器在前面3秒发生一次短叫报警，在后面6秒发生一次长叫报警，如此反复循环。 

---- 单片机：AT89C52

********************************************************************************************************************/

#include "reg52.h"

/*——————宏定义——————*/

#define FOSC 11059200L

#define T1MS (65536-FOSC/12/1000)   /*1ms timer calculation method in 12Tmode*/

#define const_time_05s 400   /*0.5秒钟的时间需要的定时中断次数*/

#define const_time_1s 800   /*1秒钟的时间需要的定时中断次数*/

#define const_time_3s 2400   /*3秒钟的时间需要的定时中断次数*/

#define const_time_6s 4800  /*6秒钟的时间需要的定时中断次数*/

#define const_voice_short  100   /*蜂鸣器短叫的持续时间*/

#define const_voice_long   800  /*蜂鸣器长叫的持续时间*/

/*——————变量函数定义及声明——————*/

/*定义LED口*/

sbit LED = P3^5;

/*定义蜂鸣器口*/

sbit BUZZER = P2^7;

/*LED步骤变量*/

unsigned char ucLedStep=0; 

/*LED统计定时中断次数的延时计数器*/

unsigned int  uiTimeLedCnt=0;

/*报警步骤变量*/

unsigned char ucAlarmStep=0; 

/*报警统计定时中断次数的延时计数器*/

unsigned int  uiTimeAlarmCnt=0;

/*蜂鸣器鸣叫的持续时间计数器*/

unsigned int  uiVoiceCnt=0;

unsigned char ucLock = 0; /* 互斥量，俗称原子锁 */

/**

* @brief  定时器0初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化T0

**/

void Init_T0(void)

{

TMOD = 0x01;                    /*set timer0 as mode1 (16-bit)*/

TL0 = T1MS;                     /*initial timer0 low byte*/

TH0 = T1MS >> 8;                /*initial timer0 high byte*/

}

/**

* @brief  定时器0中断函数

* @param  无

* @retval 无

**/

void ISR_T0(void) interrupt 1

{

TF0 = 0;  /*清除中断标志*/

  TR0 = 0; /*关中断*/

  if(uiTimeLedCnt < 0xffff)  /*设定这个条件，防止uiTimeCnt超范围*/

  {

      uiTimeLedCnt ++;  /*累加定时中断的次数*/

  }

  if(ucLock == 0) /* 互斥量判断 */

  {

if(uiTimeAlarmCnt < 0xffff)  /*设定这个条件，防止uiTimeCnt超范围*/

{

uiTimeAlarmCnt ++;  /*累加定时中断的次数*/

}

if(0 != uiVoiceCnt)

{

uiVoiceCnt --;

BUZZER = 0;

}

else

{

BUZZER = 1;

}

  }

TL0 = T1MS;                     /*initial timer0 low byte*/

TH0 = T1MS >> 8;                /*initial timer0 high byte*/

  TR0 = 1; /*开中断*/

}

/**

* @brief  外围初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化外围

**/

void Init_Peripheral(void)

{

ET0 = 1;/*允许定时中断*/

TR0 = 1;/*启动定时中断*/

EA = 1;/*开总中断*/

}

/**

* @brief  初始化函数

* @param  无

* @retval 初始化单片机

**/

void Init(void)

{

Init_T0();

LED = 0;

BUZZER = 1;

}

/**

* @brief  LED闪烁函数

* @param  无

* @retval 控制LED闪烁

**/

void Led_Flicker(void)

{

switch(ucLedStep)

{

case 0:

if(uiTimeLedCnt >= const_time_05s) /*时间到，灯亮*/

{

ET0 = 0; /*禁止定时中断*/

uiTimeLedCnt = 0; 

LED = 1;

ucLedStep = 1;/*切换到下一步*/

ET0 = 1; /*允许定时中断*/

}

break;

case 1:

if(uiTimeLedCnt >= const_time_05s) /*时间到，灯灭*/

{

ET0 = 0; /*禁止定时中断*/

uiTimeLedCnt = 0; 

LED = 0;

ucLedStep = 0;/*返回到上一步*/

ET0 = 1; /*允许定时中断*/

}

break;

}

}

/**

* @brief  报警器报警函数

* @param  无

* @retval 报警器报警.

* 保护多线程共享全局变量的原理：

* 多个线程同时访问同一个全局变量，如果都是读取操作，则不会出现问题。如果一个线程负责改变此变量的值，

* 而其他线程负责同时读取变量内容，则不能保证读取到的数据是经过写线程修改后的。

**/

void Alarm_Run(void)

{

switch(ucAlarmStep)

{

case 0:

if(uiTimeAlarmCnt >= const_time_3s) /*时间到*/

{

/* 

* 用关中断来保护多线程共享的全局变量：

* 因为uiTimeAlarmCnt和uiVoiceCnt都是unsigned int类型，本质上是由两个字节组成。

* 在C语言中uiTimeAlarmCnt=0和uiVoiceCnt=const_voice_short看似一条指令，

* 实际上经过编译之后它不只一条汇编指令。由于另外一个定时中断线程里也会对这个变量

* 进行判断和操作，如果不禁止定时中断或者采取其它措施，定时函数往往会在主函数还没有

* 结束操作共享变量前就去访问或处理这个共享变量，这就会引起冲突，导致系统运行异常。

*/

ET0 = 0; /*禁止定时中断*/

uiTimeAlarmCnt = 0; 

uiVoiceCnt = const_voice_short;  /*蜂鸣器短叫*/

ucAlarmStep = 1;/*切换到下一步*/

ET0 = 1; /*允许定时中断*/

}

break;

case 1:

if(uiTimeAlarmCnt >= const_time_6s) /*时间到*/

{

/* 

* 用互斥量来保护多线程共享的全局变量：

* 我觉得，在这种场合，用互斥量比前面用关中断的方法更加好。

* 因为一旦关闭了定时中断，整个中断函数就会在那一刻停止运行了，

* 而加一个互斥量，既能保护全局变量，又能让定时中断函数正常运行，

* 真是一举两得。 

*/

ucLock = 0; /*互斥量加锁。 俗称原子锁*/

uiTimeAlarmCnt = 0; 

uiVoiceCnt = const_voice_long;  /*蜂鸣器长叫*/

ucAlarmStep = 0;/*返回到上一步*/

ucLock = 0; /*互斥量解锁*/

}

break;

}

}

/**

* @brief  延时函数

* @param  无

* @retval 无

**/

void Delay_Long(unsigned int uiDelayLong)

{

   unsigned int i;

   unsigned int j;

   for(i=0;i   {

      for(j=0;j<500;j++)  /*内嵌循环的空指令数量*/

          {

             ; /*一个分号相当于执行一条空语句*/

          }

   }

}

/*——————主函数——————*/

/**

* @brief  主函数

* @param  无

* @retval 实现LED灯闪烁

**/

void main()

{

/*单片机初始化*/

Init();

/*延时，延时时间一般是0.3秒到2秒之间，等待外围芯片和模块上电稳定*/

Delay_Long(100);

/*单片机外围初始化*/

Init_Peripheral();

while(1)

{

/*第一个任务，实现LED闪烁*/

Led_Flicker();

/*第二个任务，实现报警器定时报警*/

Alarm_Run();

}

}

/* 注释一：

* 如何知道1秒钟需要多少个定时中断？

* 这个需要编写一段小程序测试，得到测试的结果后再按比例修正。

* 步骤：

* 第一步：在程序代码上先写入1秒钟大概需要200个定时中断。

* 第二步：基于以上1秒钟的基准，编写一个60秒的简单测试程序(如果编写超过

* 60秒的时间，这个精度还会更高)。比如，编写一个用蜂鸣器的声音来识别计时的

* 起始和终止的测试程序。

* 第三步：把程序烧录进单片机后，上电开始测试，手上同步打开手机里的秒表。

*         如果单片机仅仅跑了27秒。

* 第四步：那么最终得出1秒钟需要的定时中断次数是:const_time_1s=(200*60)/27=444

*/

三、仿真实现

更改蜂鸣器短叫和长叫的时间的宏，可修改相应时间。（proteus蜂鸣器默认12V，可修改为5V，否则不报警）