如何在任務/線程之間共享數據而不耦合它們？

Question

我正在開發一個相當複雜的微控制器應用程序C，我對如何將不同任務/線程之間的共享數據「鏈接」而不耦合它們存在一些疑問。

到現在爲止，我已經使用了時間片調度程序來運行我的應用程序，因此不需要數據保護。但是我想讓應用程序正確，我想在稍後爲多線程操作系統做好準備。

我試圖通過使用完全不同的系統，而不是我正在工作的實際系統來簡化我的問題。我無法添加圖片，因爲我是新用戶，但生病嘗試並解釋：

我們得到4個任務/線程：3個輸入線程，通過硬件抽象層（HAL）從不同傳感器讀取一些傳感器數據。 。收集的傳感器數據存儲在任務域（即：他們不會是全球性的！）。 現在我們還有1個輸出任務，我們稱之爲「調節器」。調節器必須使用（讀取）從所有3個傳感器收集的傳感器數據才能生成正確的輸出。

問題：Regulator如何讀取存儲在不同輸入任務中的採集數據而不與其他任務耦合？

調節器只能通過參考知道輸入任務及其數據（即：不包含，不耦合）。

到目前爲止，Regulator已經有了一個指向每個所需傳感器數據的指針，並且該指針在初始化時設置。由於數據保護，這不會在多線程應用程序中工作。

我可以做一些getSensorValue()功能，它利用信號量，爲每個傳感器值，然後用函數指針將這些函數鏈接到調節器。但是這會佔用很多內存！有沒有更好的方法來做到這一點？我只是在尋找投入。

我希望這一切都是可以理解的:)

Answer 1

從您的問題描述了和評論，好像你最擔心內存不足的以最小的實施細則，並沒有傳感器和監管者之間的接口是瞭解每個傳感器實現的明確細節。

由於您在C中，並且沒有一些C++類的特性可以通過繼承來簡化封裝，所以我建議您從每個傳遞給調節器的傳感器線程創建一個通用數據包，而不是傳遞一個函數指針。形式

struct SensorDataWrap { 
    DataType *data; 
    LockType *lock; 
    ... other attributes such as newData or sensorName ... 
}; 

的結構將允許您將數據傳遞到監管機構，在那裏你可以閱讀前鎖定。同樣，傳感器在寫入之前需要鎖定。如果您將數據更改爲雙指針DataType **data，則可以使寫命令只需鎖定交換基礎指針所需的時間。然後，調節器只需要每個線程的一個SensorDataWrap結構來處理該線程的信息，而不管傳感器實現細節如何。

LockType可能是一個信號量，或者任何能夠實現單一訪問獲取的更高級鎖定對象。任何此類鎖的內存佔用空間應僅爲幾個字節。此外，您並不是在這裏複製數據，因此相對於傳感器讀數，您不應該對內存大小產生任何乘法影響。您使用的硬件應具有足夠的空間來容納來自所描述的傳感器的單個數據副本以及足夠的閃存空間以容納信號量或鎖定對象。

通信的實現細節現在僅限於鎖定，操作，解鎖，不需要複雜的函數指針或SensorN特定的頭文件包含。它應該接近任何線程共享數據程序所需的最小邏輯。該程序也應該可以轉移到其他微控制器而沒有重大改變 - 通信僅僅受到線程和鎖定的存在/限制的限制。

另一種選擇是傳遞三重緩衝區對象並做緩衝區翻轉以避免信號量和鎖定。這種方法需要創建原子整數/布爾支持（如果您有信號量，最有可能已由編譯器公開）。可以在this blog上找到使用三重緩衝區並行的指南。這種方法將使用更多的活動內存，但它是避免大多數併發問題的一種非常流暢的方式。