VxWorks实时操作系统SIGNAL机制的应用

VxWorks实时操作系统SIGNAL机制的应用 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 [摘要] 介绍VXWORKS实时操作系统的信号机制以及各种处理方法～特别是利用该机制实现异常情况的恢复和处理。 1. 概述 信号可用来在同一任务内部或不同任务之间实现异步通信，从而改变对多个任务的控制流程。所有任务或中断服务程序均能向指定的任务发送信号，该信号的接收任务将立刻挂起当前的执行线程，而激活任务指定的信号处理程序。信号处理程序是由用户定义的，它关联与特定的信号，而且任务接收到该指定信号时的所有必要处理都在该程序中实现。信号的这种机制使得它特别适合于用来实现差错和异常处理。 2. 信号屏蔽 在信号处理时，可通过信号屏蔽来选择需要进行处理的信号，接收到被屏蔽的信号，即使指定了相应的处理程序，也不作任何处理。 为了实现对信号的屏蔽，需要定义数据类型为sigset_t的变量，同时必须包含头文件“signal.h”。 下面介绍实现这一功能的函数: int sigemptyset ( sigset_t *pSet ) 该函数初始化信号集，使得该信号集不包含任何信号; int sigfillset ( sigset_t *pSet ) 该函数初始化信号集，使得该信号集包含所有信号; int sigaddset ( sigset_t *pSet , int signo ) 该函数向信号集中增加新的信号; int sigdelset ( sigset_t *pSet , int signo ) 该函数删除信号集中的信号; int sigismember ( sigset_t *pSet , int signo ) 该函数用来判断信号集是否包含某信号; int sigprocmask ( int how, const sigset_t *pSet, sigset_t *pOset ) 该函数用来设置信号屏蔽;这里，pSet为新的信号集，pOset为当前的 信号集，而how则指示处理方式，其取值与处理方式对应关系如下: SIG_BLOCK 结果信号集为当前信号集和指定信号集二者的并集，通过这种方式， 可向当前信号集增添指定的元素; SIG_UNBLOCK 结果信号集为指定信号集的补集和当前信号集二者的交集;通过这 种方式，可从当前信号集删除指定的元素; 页码:1/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 SIG_SETMASK 结果信号集为指定信号集; 3. 信号发送 int raise (int signo ) 任务调用该函数来向自己发送指定的信号; int kill (int tid, int signo ) 该函数可向任何任务发送指定的信号; 4. 信号处理程序 如果一个任务指定了对于某个信号的处理程序，不管该任务是否被挂起时，接收到该信号将立刻调用信号处理程序，信号处理程序执行完毕后，任务恢复到先前的状态，比如:任务在挂起状态接收到该信号，那么处理程序执行完毕后任务将返回到挂起状态。 由于信号处理函数由操作系统调用，所以其函数形式有着严格的要求，包括下面的两种形式: 第一 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 :利用signal函数实现信号与处理函数的关联 void* signal( int signo, void* pHandler () ) () 该函数建立信号signo与处理函数pHandler之间的联系;同时，其返回当前信号处理函数的指针; void sigHandler (int signo); 单参数信号处理程序，这里sigHandler为用户自己定义的函数名(下同)，该函数只提供了不同的信号编号signo，进一步的信号代码信息无法获取。 void sigHandler (int signo, int code, struct sigcontext * pContext); 多参数信号处理程序，该函数只提供了不同的信号编号signo和信号代码code信息，可对信号接收所更加详细的处理。 第二方案:利用sigaction函数实现信号与处理函数的关联 int sigaction ( int signo, const struct sigaction *pAct, struct sigaction *pOact ); 该函数建立信号signo与pAct结构中指定的处理函数之间的联系;同时，当前信号处理函数的有关信息将保存在结构pOact中; 另外，为了调用多参数处理程序，pAct结构中的成员sa_flags必须设置SA_SIGINFO; void sigHandler (int signo); 单参数信号处理程序，这里sigHandler为用户自己定义的函数名(下同)，该函数只提供了不同的信号编号signo，进一步的信号代码信息无法获取。 void sigHandler (int signo, siginfo_t * pInfo, void * pContext); 多参数信号处理程序，该函数只提供了不同的信号编号signo和信号代码code信息，可对信号接收所更加详细的处理。 这里有必要介绍一下几个数据结构: 页码:2/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 typedef struct siginfo { int si_signo; /*信号的编号信息*/ int si_code; /*信号的来源信息*/ union sigval si_value; /*信号的代码信息*/ } siginfo_t; union sigval { int sival_int; /*信号的代码*/ void *sival_ptr; }; struct sigaction { union{ void (*__sa_handler)(int); void (*__sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); } sa_u; #define sa_handler sa_u.__sa_handler /*单参数处理程序*/ #define sa_sigaction sa_u.__sa_sigaction /*多参数处理程序*/ sigset_t sa_mask; /*信号屏蔽集*/ int sa_flags; /*处理方式*/ }; 下面以Intel i386/i486为例进行进一步的解释: 列出信号定义如下: Signal Code Exception SIGILL ILL_DIVIDE_ERROR Divide error SIGEMT EMT_DEBUG Debugger call SIGILL ILL_NON_MASKABLE NMI interrupt SIGEMT EMT_BREAKPOINT Breakpoint SIGILL ILL_OVERFLOW INTO-detected overflow SIGILL ILL_BOUND Bound range exceeded SIGILL ILL_INVALID_OPCODE Invalid opcode SIGFPE FPE_NO_DEVICE Device not available SIGILL ILL_DOUBLE_FAULT Double fault SIGFPE FPE_CP_OVERRUN Coprocessor segment overrun SIGILL ILL_INVALID_TSS Invalid task state segment SIGBUS BUS_NO_SEGMENT Segment not present SIGBUS BUS_STACK_FAULT Stack exception SIGILL ILL_PROTECTION_FAULT General protection SIGBUS BUS_PAGE_FAULT Page fault SIGILL ILL_RESERVED (intel reserved) SIGFPE FPE_CP_ERROR Coprocessor Error SIGBUS BUS_ALIGNMENT Alignment check 对应于Signal的列也就是前面函数中的signo或第二方案中结构pInfo的成员si_signo，对应于Code的列也就是第一方案中的code和第二方案中结构pInfo 页码:3/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 的成员si_value.sival_int。具体实现参见后面的例子程序。 另外，VXWORKS操作系统定义了两个用户自定义信号，其对应的Signal列项为SIGUSR1和SIGUSR2，没有对应的Code列项。 5. 异常处理 当任务在执行过程中出现硬件异常时，将自动的发送相应的信号，用户可以利用这种机制来实现异常处理。利用setjmp和longjmp的相互配合可实现对异常情况的处理。为了利用这两个函数必须包含头文件“setjmp.h”，同时定义类型为jmp_buf公共变量。 int setjmp ( jmp_buf env ) 该函数用于保存任务的运行环境;正常情况下，其返回值为0，出现异 常时，其返回值为非0，具体值由函数longjmp的第二个参数确定。 另外，保存的运行环境不包括公共变量。 void longjmp ( jmp_buf env, int val ) 该函数恢复由保存的setjmp运行环境，并将控制转交给setjmp。 该机制的具体运用见后面的实例程序。 6. 程序实例 实例1:单参数信号处理程序以及信号的发送 #include #include #include #include void sigHandler(int sig); void myMain() { int A[10]; signal(SIGILL,&myHandler); signal(SIGBUS,&myHandler); signal(SIGUSR1,&myHandler); raise(SIGUSR1); A[11]=1; /*人为设置的下标越界差错*/ } void myHandler(int sig) { if(sig==SIGUSR1) printf("SIGUSR"); 页码:4/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 else { printf(" ERROR\n"); exit(0); } } 输出结果为: SIGUSR ERROR 实例2:信号屏蔽 #include #include #include #include #include void sigHandler(int sig); void myMain() { int A[10]; sigset_t sigset1,sigset2; sigemptyset(&sigset1); sigaddset(&sigset1,SIGUSR1); sigprocmask(SIG_SETMASK,&sigset1,&sigset2); signal(SIGILL,&sigHandler); signal(SIGBUS,&sigHandler); signal(SIGUSR1,&sigHandler); raise(SIGUSR1); A[11]=10; } void sigHandler(int sig) { if(sig==SIGUSR1) printf("SIGUSR"); else { printf(" ERROR\n"); exit(0); } } 页码:5/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 输出结果: ERROR 实例3:第一方案多参数处理程序 #include #include #include #include #include void sigHandler(int sigNum,int code, struct sigcontext *pContext); void myMain() { int A[10]; signal(SIGILL,&sigHandler); signal(SIGBUS,&sigHandler); signal(SIGUSR1,&sigHandler); raise(SIGUSR1); A[11]=10; } void sigHandler(int sigNum,int code, struct sigcontext *pContext) { if(sigNum==SIGUSR1) printf("SIGUSR"); else { printf(" ERROR\n"); if(code==BUS_PAGE_FAULT) printf(" PAGE_FAULT\n"); exit(0); } } 输出结果为: SIGUSR ERROR PAGE_FAULT 实例4:第二方案多参数处理程序 #include #include 页码:6/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 #include #include #include void sigHandler(int sigNum,siginfo_t *pInfo,void *pContext); void myMain() { int A[10]; struct sigaction act1,act2; act1.sa_sigaction=&sigHandler; act1.sa_flags=SA_SIGINFO; sigaction(SIGILL,&act1,&act2); sigaction(SIGBUS,&act1,&act2); sigaction(SIGUSR1,&act1,&act2); raise(SIGUSR1); A[11]=10; } void sigHandler(int sigNum,siginfo_t *pInfo,void *pContext) { if(sigNum==SIGUSR1) printf("SIGUSR"); else { printf(" ERROR\n"); if(pInfo->si_value.sival_int==BUS_PAGE_FAULT) printf("PAGE_FAULT\n"); exit(0); } } 输出结果为: SIGUSR ERROR PAGE_FAULT 实例5:异常处理 #include #include #include #include #include jmp_buf env; 页码:7/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 void sigHandler(int sig); void myMain() { int i,x,A[10]; signal(SIGILL,&sigHandler); signal(SIGBUS,&sigHandler); signal(SIGEMT,&sigHandler); signal(SIGFPE,&sigHandler); x=10; i=setjmp(env); if(i==0) { x=12; A[11]=10; } else { printf(" x=%d\n",x); exit(0); } } void sigHandler(int sig) { printf("Long Jump!"); longjmp(env,100); printf("Complete!"); } 输出结果: Long Jump! x=10 如果把变量x定义为全局变量，输出的结果为: Long Jump! x=10 上面的现象说明，当x定义为全局变量时，保存运行环境并没有保存变量x，否则在进行运行环境恢复时应该恢复x=10。 另外，信号处理函数sigHandler中位于longjmp后面的操作printf("Complete!") 并没有执行，而执行了任务中的printf(" x=%d\n",x)操作，说明longjmp已经将操作控制转交到了setjmp的位置。 利用这种机制，在主程序的必要位置调用日保存正常的运行环境，再在信号处理程序中调用longjmp以从异常中恢复到先前由setjmp保存的正常运行环境，同时通过setjmp的不同返回值判断是否发生异常以及作异常情况下程序的内部处理。 页码:8/8 ECC/BJ VXWORKS实时操作系统SIGNAL机制的应用 版本:1.0版 页码:9/8