Windowsシミュレータで学ぶuITRON (4) - ミューテックス

はじめに

uITRON（FreeRTOSベース）Windowsシミュレータ - Qiita
https://qiita.com/imagou/items/42c687402e6e58fccddb

今回のお題は、排他の仕組みであるミューテックスです。

本編

1. 環境

こちらの記事を参照ください。

2. 動かしてみる

2-1. （おさらい）受信タスクにメッセージを飛ばす

コンソールで「10」と入力してみましょう（入力後にEnterを押してください）。

[TimerTask]: DELAY 3000ms
[TimerTask]: DELAY 3000ms
10
[SendTask]: RECV EVENT (00000400)
[RecvTask]: RECV MESSAGE (10,1)

RecvTaskが「10」を受信していることがわかるかと思います（2つ目の「1」は受信回数です）。

2-2. 受信タスクのロック～メッセージ送信

次に、コンソールで「lock」と入力してみましょう。

[TimerTask]: DELAY 3000ms
[TimerTask]: DELAY 3000ms
lock
[SendTask]: RECV EVENT (00800000)

特にコンソールには出てきませんが、この時点で受信タスクはロックしています。

※ただしTimerTaskまで止まってしまうのが謎なので、追って調査します・・・
(2019/11/22) 解決させました。

その後、「11」「12」を入力してみます。

11
[SendTask]: RECV EVENT (00000800)
12
[SendTask]: RECV EVENT (00001000)

受信タスクがロックしているため、RecvTaskうんぬんのログが出ません。

2-3. 受信タスクのアンロック

「unlock」を入力し、受信タスクをアンロックしてやります。

unlock
[RecvTask]: RECV MESSAGE (11,3)
[RecvTask]: RECV MESSAGE (12,4)
[TimerTask]: DELAY 3000ms
[TimerTask]: DELAY 3000ms

解放されたRecvTaskが、「11」「12」を順に受信していることがわかるかと思います。

3. 解説

3-1. 概要

ミューテックスは、RTOSに限らずよく利用されている、排他の仕組みです。

主たる利用方法は、**「共通のリソースを複数のタスクで触りたい」**場合かと思います。
（今回の例はあくまで動作確認用のため、タスクの停止・再開用途ですが、実用的ではないかと・・・）

3-2. コードによる説明

以降は、プログラムコード - main.cを引用して説明します。

3-2-1. ミューテックス生成

cre_mtx()で生成します。

    T_CMTX cmtx;
    cmtx.mtxatr = TA_TFIFO;
    cre_mtx(MTX_ID(RECV), &cmtx);

このパラメータは下表：

パラメータ番号	名称	説明
第1パラメータ	ミューテックスID	単なるID。 以降はこのIDでもってロック・アンロックを実施。
第2パラメータ	T_CMTX構造体変数	下表で説明。

T_CMTXのメンバは下表：

名称	指定可能な値	説明
mtxatr	TA_TFIFO | TA_TPRI	ミューテックス属性。 それぞれ、待ちキューの順序をFIFO順とするか、優先度順とするか。

※なお、mtxatrはこれ以外の値も指定可能（だが、上記のみで必要十分と考える）。

3-2-2. ミューテックスのロック

loc_mtx()を使います（以下は受信タスクのコード）。
資源がロックされていればアンロックまで待ちますし、そうでなければ即抜けます。

        /* Lock/Unlock Mutex */
        loc_mtx(MTX_ID(RECV));
        unl_mtx(MTX_ID(RECV));

以下（コマンドタスク）ではploc_mtx()を使っています。
pはポーリングを意味し、こちらは待ちに入りません。

すなわち、資源がロックされていれば即エラーE_TMOUTを返し、そうでなければ即E_OKを返します。
（コメントの通り、コマンドタスクでの多重ロックを避けるために使用しています）

        /* Lock */
        else if (EQUALS_(lock)) {
            /* 多重ロックを避けるためポーリングとする。 */
            if (ploc_mtx(MTX_ID(RECV)) == E_OK) {
                /* ダミーメッセージを投げ、ロック待ちに遷移させる。 */
                set_flg(FLAG_ID(SEND), EVENT_DUMMY);
            }
        }

3-2-3. ミューテックスのアンロック

unl_mtx()を使います。
資源がロックされていたらアンロック（解放）します。この関数は待ちません。

ざっくり書くと
コマンドタスクのアンロックにより、受信タスクのロックが解除されて動き出す
というカラクリです。

        /* Unlock */
        else if (EQUALS_(unlock)) {
            unl_mtx(MTX_ID(RECV));
        }

おわりに

複数の資源を扱えるセマフォという輩もいますが、概ねミューテックスで事足りると思います。

根本的には、排他不要な設計がベストと思いますが、どうしようもない場合（笑）に利用ください！

参考

Micro-ITRON4.0 Specification (in Japanese)
http://www.ertl.jp/ITRON/SPEC/mitron4-j.html