1.任务间通信管理

        任务间通信管理也是嵌入式操作系统的关键功能之一。它主要为操作系统的应用程序提供多种类型的数据传输、任务同步/异步操作等手段。

2.操作系统任务之间的关系

        由于嵌入式操作系统是为应用提供管理、硬件支持、协调任务和中断处理程序等功能，具备着多任务能力，那么操作系统任务之间一般存在以下关系：

        （1）相互独立：任务之间仅仅存在竞争CPU的资源，再无其他关联。

        （2）竞争：任务之间存在对除CPU外的其他资源的竞争（即互斥机制）。共享资源是多任务系统中主要关心的问题，在系统中，大多数的资源在 某一时刻仅能被某一任务使用，并且在使用过程中不能被其他任务中断。这些资源主要包括特定的外设、共享内存等。当CPU禁止并发操作时，那些包含了使用CPU之外的共享资源的代码就不能同时被多个任务调用执行。这样的代码称为“临界区域”。如果两个任务同时进入临界区域，将会产生意想不到的错误。

        （3）同步：协调彼此运行的步调。

        （4）通信：彼此间传递数据和信息，以协调完成某项工作。通信可以是在任务与任务之间，或中断服务程序（ISR）与任务之间。

3.任务间的通信手段 瞎蒙

        因此，要实现多任务间的协同工作，操作系统必须提供任务间的通信手段。嵌入式操作系统一般都会提供多任务间通信的方法，常用的通信方式包括：

•         共享内存：数据的简单共享。
•         信号量：基本的互斥和同步。
•         消息队列：同一CPU内多任务间消息传递。
•         Socket和远程调用：任务间透明的网络通信。
•         Signals（信号）：用于异常处理。

3.1共享内存

         共享内存是任务间最直接、最明显的通信方法，也是访问共享的数据结构，即不同的任务都可以访问同一地址空间。由于大部分嵌入式系统的任务共存于单一的线性地址空间，在多个通信机制。只要通信任务双方采用了协商一致的数据结构，包括各种类型的全局变量、双向链表、环形队列等复杂的数据结构，都可以被所用任务直接访问。

3.2信号量

         信号量是提供多任务间通信、同步和互斥的最优选择，它提供任务间的最快速通信。也是提供任务间同步和互斥的主要手段。对于互斥，信号量可以上锁对共享资源的访问。并且必禁止中断和禁止抢占提供更精确的互斥粒度。对于同步，信号量可以协调外部事件与任务的执行。

        针对不同类型的问题，操作系统可以有不同的信号量，一般分为三种：

•         二进制信号量：最快的、最常用的信号量，用于解决任务的同步问题。
•         互斥信号量：为解决具有内在地互斥、优先级继承和递归等问题而设置的一种特殊的二进制信号量。
•         计数信号量：类似于二进制信号量，但是随信号量释放的次数改变而改变。适合于一个资源的多个实例需要保护的情形。

3.3消息队列

         消息队列作为一种更高级的通信方式，能够在同一处理器的各个任务间传递任意长度（理论上只受物理内存和机器字长限制）的信息。消息队列是一个类似于缓冲区的对象，通过它，任务和ISR发送接收消息，实现带数据的通信和同步。消息队列像一个管道，它暂时保持来自一个发送者的消息，直到有意的接收者准备读这些消息。这个临时缓冲区把发送任务和接收任务分隔开，即它必须同时释放发送和接收消息的任务，其基本原理见图1.

图1 消息队列基本原理 

        在实际应用中，使用消息队列的方法包括非互锁的单向数据通信、互锁的单向数据通信、互锁的双向数据通信和广播通信等。与此同时，消息队列中消息的队列存在多种方式，比如先进先出（FIFO）、先进后出（FILO）、紧急消息、优先级消息、时限消息等。

        管道（pipeline）是消息队列中的一种，是UNIX操作系统中传统的进程通信技术，一般分无名管道和命名管道，以I/O系统调用方式进行读写。在传统的实现中管道是单向数据交换。如图2所示。数据在管道内像一个非结构字节流，按FIFO的次序从管道中读出。一个管道提供一个简单的数据流设施。当管道空时，阻塞读任务；当管道满时，阻塞写任务。有些操作系统也允许有多个读任务的管道和有多个写任务。 

图2 管道的基本原理示意图 

3.4Socket和远程调用

         Socket和远程调用是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口，供应用层调用实现进程在网络中的通信。Socket起源于UNIX，在UNIX一切皆文件的思想下，进程间通信就被冠名为文件描述符（File Description）。Socket通信原理是一种“打开——读/写——关闭”模式的实现，服务器和客户端各自维护一个“文件”，在建立连接打开后，可以向文件写入内容供对方读取或者对方内容，通信结束关闭文件。

        Socket保证了不同计算机之间的通信，也就是网络通信。对于网站，通信模型是服务器与客户端之间的通信。两端都建立了一个Socket对象，然后通过Socket对象对数据进行传输。通常服务器处于一个无限循环，等待客户端的连接。图3给出了Socket的基本原理。

图3 Socket的基本原理 

3.5Signals

         Signals是VxWorks操作系统提供的一种特殊异常处理与任务之间的通信方式，其思想来源与POSIX。Signals主要用来通知进程发生了异步事件。在软件层次上是对中断机制的一种模拟，在原理上，一个进程收到一个信号与处理器受到一个中断请求是一样的。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达，事实上，进程也不知道信号到底什么时候到达。进程之间可以互相通过系统调用发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。Signals机制除了基本通知功能外，还可以传递附加信息。