【实战经验】多任务系统中的不可重函数使用注意事项

1万 · 2015-12-25 15:11

本帖最后由香水城于 2017-8-16 14:31 编辑

多任务系统中的不可重函数使用注意事项

前言
本**主要介绍多任务系统中的的不可重入函数的用法和如何避免出错。

1. 可重入函数与不可重入函数的区别
在多任务环境中，可重入函数可以由多于一个的任务并发使用，而不用担心数据错误。这个函数可以在执行的任何时刻中断
它。
不可重入函数由于使用了一些系统资源，比如全局变量等，不能被很多任务所共享，除非能确保函数的互斥性。
1）可重入函数：
不返回指向静态数据的指针。
使用本地数据。
如果必须访问全局变量，记住利用互斥信号量来保护全局变量。
绝不调用任何不可重入函数。
3）不可重入函数：
函数中使用了静态变量。
函数返回静态变量。
函数中调用了不可重入函数。
函数体内使用了静态的数据结构；
函数体内调用了malloc()或者free()函数；
函数体内调用了其他标准I/O 函数。
总的来说，如果一个函数在重入条件下使用了未受保护的共享的资源，那么它是不可重入的。

2. 不可重入函数的一次错误应用示例，造成I2C Master 端收到的数据无**确解析。
这个产品使用的MCU 为STM32F411，是作为Sensor hub使用的，做为I2C 的Master端，总线上挂了好几个传感
器，如加速度、陀螺仪、光感应等。并且同时采用定时方式和中断方式通过I2C总线读取sensor上数据的。

客户产品功能是在实时操作系统上实现的，属于多任务系统。在中断处理函数中会调用I2C_Read(…)函数，而
I2C_Read(…)函数中又调用了 HAL_I2C_Master_Receive_IT(…)函数。
函数代码在示例程序中的位置如下：
…\stm32cubef4\STM32Cube_FW_F4_V1.6.0\Drivers\STM32F4xx_HAL_Driver\Src 的stm32f4xx_hal_i2c.c
stm32f4xx_hal_i2c.c 文件中有一段I2C slave 接收程序，具体代码如下：

上面程序中通过下面指令对硬件端口进行加锁：
__HAL_LOCK(hi2c);
__HAL_UNLOCK(hi2c);
初步看来多任务系统中好像是安全的，但实际应用中并非如此（客户的不可重入函数调用了这个I2C 函数），下面用图例来说明：

上图中”t”为时间轴，”T1”时间发生 sensor 1 中断并调用I2C_Read(…),在I2C_Read(…)函数中会调用
HAL_I2C_Master_Receive_IT（…）函数，在调用HAL_I2C_Master_Receive_IT（…）函数之前已经进行了传参，即：
Addr=0x1A0，Size=3，Buf 指向buffer1 的地址。
当程序运行到”T2”时又来了一个sensor 2 中断，调用I2C_Read(…)函数，在调用HAL_I2C_Master_Receive_IT（…）函数
之前已经传参完成。此时的I2C 地址，Size 等的值如下：
Addr=0x1B0，Size=5，Buf 指向buffer1 的地址。
由于HAL_I2C_Master_Receive_IT（…）程序有加锁，和判断busy 状况，当程序判断到总线busy 时或是有加锁时跳出
HAL_I2C_Master_Receive_IT（…）函数；但此时的I2C 地址，buffer 地址， Size 都已经是Sensor2 对应的值了。然后程序
进入 ”T3“。
Sensor2 中断返回时会把sensor2 的Size 值5 赋给hi2c->XferSize，因此后面的I2C 通讯中的值如下：
Addr=0x1A0（sensor1 value）
Buf 指向buffer1（sensor1 value）Size=5（sensor2 value）
因此程序处理中会出错。

3.上面的问题解决方法：
上面多任务系统的I2C 处理程序中出现了不可重入函数的多次调用问题，主要是I2C_Read(…)为不可重入函数，但对它进行
了多次调用，使变量更改。
下面的办法可以解决多次调用问题，既对调用I2C_Read(…)的动作加锁，使第二个I2C 中断发生后不进行传参动作，如下图所示：

也可以使用信号量方式处理。如下图：

4. 程序占用资源后要防止死锁发生
上面I2C 程序处理中要注意不要发生死锁，假设在I2C_Read(…) 函数里有一条指令是对I2C 端口的状态进行判断，如busy
状态，如果程序一直在等待中，就很容易发生死锁，下面图示是程序发生死锁的情况：

在上面程序中需要增加超时跳出机制来防止死锁。

5.总结
在多任务系统中，在使用函数时要了解函数的可重入性，对待有信号量或是加互斥锁的函数要防止死锁的发生。通讯程序比
如I2C， UART 等最好增加超时跳出机制。

对应PDF：多任务系统中的不可重函数使用注意事项
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