第60节：用关中断和互斥量来保护多线程共享的全局变量

从业近十年!手把手教你单片机程序框架 第60讲

开场白：

在前面一些章节中，我提到为了防止中断函数把某些共享数据破坏，在主函数中更改某个数据变量时，应该先关闭中断，修改完后再打开中断;我也提到了网友“红金龙吸味”关于原子锁的建议。经过这段时间的思考和总结，我发现不管是关中断开中断，还是原子锁，其实本质上都是程序在多进程中临界点的数据处理，原子锁有个专用名词叫互斥量，而我引以为豪的状态机程序框架，主函数的switch语句，外加一个定时中断，本质上就是2个独立进程在不断切换并行运行。

为什么要保护多线程共享的全局变量?因为，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。

这一节要教大家一个知识点：如何用关中断和互斥量来保护多线程共享的全局变量。

具体内容，请看源代码讲解。

(1)硬件平台：

基于朱兆祺51单片机学习板。

(2)实现功能：

在第5节的基础上略作修改，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。

(3)源代码讲解如下：

#include "REG52.H"

#define const_time_3s 1332 //3秒钟的时间需要的定时中断次数

#define const_time_6s 2664 //6秒钟的时间需要的定时中断次数

#define const_voice_short 40 //蜂鸣器短叫的持续时间

#define const_voice_long 200 //蜂鸣器长叫的持续时间

void initial_myself();

void initial_peripheral();

void delay_long(unsigned int uiDelaylong);

void led_flicker();

void alarm_run();

void T0_time(); //定时中断函数

sbit beep_dr=P2^7; //蜂鸣器的驱动IO口

unsigned char ucAlarmStep=0; //报警的步骤变量

unsigned int uiTimeAlarmCnt=0; //报警统计定时中断次数的延时计数器

unsigned int uiVoiceCnt=0; //蜂鸣器鸣叫的持续时间计数器

unsigned char ucLock=0; //互斥量，俗称原子锁

void main()

{

initial_myself();

delay_long(100);

initial_peripheral();

while(1)

{

alarm_run(); //报警器定时报警

}

}

/* 注释一：

* 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。

* 鸿哥的基本程序框架都是两线程为主，一个是main函数线程，一个是定时函数线程。

*/

void alarm_run() //报警器的应用程序

{

switch(ucAlarmStep)

{

case 0:

if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_3s) //时间到

{

/* 注释二：

* 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; //时间计数器清零

uiVoiceCnt=const_voice_short; //蜂鸣器短叫

ET0=1; //开启允许定时中断

ucAlarmStep=1; //切换到下一个步骤

}

break;

case 1:

if(uiTimeAlarmCnt>=const_time_6s) //时间到

{

/* 注释三：

* 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=1; //互斥量加锁。 俗称原子锁

uiTimeAlarmCnt=0; //时间计数器清零

uiVoiceCnt=const_voice_long; //蜂鸣器长叫

ucLock=0; //互斥量解锁。 俗称原子锁

ucAlarmStep=0; //返回到上一个步骤

}

break;

}

}

void T0_time() interrupt 1

{

TF0=0; //清除中断标志

TR0=0; //关中断

if(ucLock==0) //互斥量判断

{

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

{

uiTimeAlarmCnt++; //报警的时间计数器，累加定时中断的次数，

}

if(uiVoiceCnt!=0)

{

uiVoiceCnt--; //每次进入定时中断都自减1，直到等于零为止。才停止鸣叫

beep_dr=0; //蜂鸣器是PNP三极管控制，低电平就开始鸣叫。

}

else

{

; //此处多加一个空指令，想维持跟if括号语句的数量对称，都是两条指令。不加也可以。

beep_dr=1; //蜂鸣器是PNP三极管控制，高电平就停止鸣叫。

}

}

TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f

TL0=0x2f;

TR0=1; //开中断

}

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

}

}

}

void initial_myself() //第一区 初始化单片机

{

beep_dr=1; //用PNP三极管控制蜂鸣器，输出高电平时不叫。

TMOD=0x01; //设置定时器0为工作方式1

TH0=0xf8; //重装初始值(65535-2000)=63535=0xf82f

TL0=0x2f;

}

void initial_peripheral() //第二区 初始化外围

{

EA=1; //开总中断

ET0=1; //允许定时中断

TR0=1; //启动定时中断

}

总结陈词：

从下一节开始我准备用几章节的内容来讲常用的数**算程序。这些程序经常要用在计算器，工控，以及高精度的仪器仪表等领域。C语言的语法中不是已经提供了+,-,*,/这些运算符号吗?为什么还要专门写算法程序?因为那些运算符只能进行简单的运算，一旦数据超过了unsigned long(4个字节)的范围就会出错。而这种大数据算法的程序是什么样的?欲知详情，请听下回分解----大数据的加法运算。