怎么在atmega128中实现自旋锁？

1.自旋锁

        自旋锁可以看做一个资源二值标识量，当在使用资源前，需要检测锁是否锁上，如果锁已经被锁上，那么就在当前位置不停地检测锁的状态，直到锁被解锁为止。如果锁没有锁没有锁上，那么就将锁锁上，然后再进入临界资源，当临界资源访问结束后，再将其解锁。其示意代码如下：

/* 初始化*Spin为真 */
SPIN_TYPE  MySpin = true;

void SpinLock(char *Spin)
{
   while(*Spin==false)    /* 检测操作为原子操作，且跳转操作不受其他线程影响 */
       ;
   *Spin = 0;             /* 上锁操作为原子操作 */
}

void SpinUnLock(char *Spin)
{
   *Spin = 1;             /* 解锁操作为原子操作 */
}

      考虑到atmega128中没有对操作系统支持的指令，为了在atmega128中实现以上的操作条件，这里只能使用开关中断来实现原子操作，但是开关中断的设置需要一定的技巧，尽量减少关中断的时间。参考atmega128指令集，这里给出WinAVR下自旋锁的实现代码：

char MySpin = 1;                 /* 初始化自旋锁     */

void SpinLock(char *Spin)
{
    asm volatile("cli ");      /* 关中断          */  
    loop:
    if((*Spin)==0)
    {
       asm volatile("sei");    /* 开中断          */
       goto loop;              /* 跳转达到循环检测 */
    }
    (*Spin) = 0;               /* 上锁操作        */
    asm volatile("sei");
}

void SpinUnLock(char *Spin)
{
    asm volatile("cli ");      /* 关中断   */
    (*Spin) = 1;               /* 解锁操作 */
    asm volatile("sei");       /* 开中断   */
}
  上面的上锁操作为了达到原子性，使用了goto语句，注意，在循环检测前必须打开中断，否则调度器会被锁住，导致无法进行任务调度。这里可能会有读者问，为什么在goto loop前可以开中断，那样不就破坏了原子性吗？其实不然，我们可以假设当在goto loop前调度器恰好切换到了其他线程，那么此时由于下一条指令是jump 指令，由于在atmega128中，跳转指令只与状态寄存器中的标志位和跳转地址有关，所以在线程切换回来时，由于线程的现场环境得到恢复，其他线程不会对跳转产生影响，所以该方法可以实现上锁操作。
      以上实现较为麻烦的原因是atmega128没有提供对操作系统支持的指令，只有LOAD和STR指令，从RAM中读取检测并写回的操作实际上会有4条左右的指令，显然在访问公共变量Spin时，会出现错乱。如果atmega128有像TAS，SWAP等这类指令，那么就可以很容易的实现自旋锁、信号量等线程同步组件。其实相对atmega128而言，51单片机更容易实现自旋锁和信号量，这是因为在51单片机中存在RAM与RAM之间直接操作的指令，一条指令即可实现RAM与RAM之间的数据交换，而且跳转指令中提供了直接根据RAM中数据条件来进行跳转的指令，这是非常有利于实现自旋锁和信号量。

2.自旋锁的缺陷

      自旋锁虽然简单，但是自旋锁有一个很致命的缺陷，就是当一个线程访问临界资源太久时，另一个线程只能干等，无限的忙等待，这显然会占用CPU的资源，而且做了很长时间的“无用功”。为了解决这个问题，最简单的方法是在发现锁已经被锁住时，直接将自己挂起，然后当另一个线程使用完临界资源后，再将挂起的线程唤醒。这样就节省了等待时间。同时极大减小了CPU的线程切换开销。
     自旋锁一般用在临界资源访问时间很短的情况下，在这种情况下，自旋锁比二值信号量的响应比更小。所以在具体的实际应用中，应该根据具体要求合理选择，没有哪个方法是通用的。
3.atmega128自旋锁实验

    以下是关键代码：

void task1(void)
{
  while(1)
  {
     SpinLock(&MySpin);
     USART_SendString("Task1 is running!");
     SpinUnLock(&MySpin);
     delay(3);
  }
}


void task2(void) //任务函数2
{

  while(1)
  {
     SpinLock(&MySpin);
     USART_SendString("Task2 is running!");
     SpinUnLock(&MySpin);
     delay(3);
  }

}


void task3(void) //任务函数2
{

  while(1)
  {
     SpinLock(&MySpin);
     USART_SendString("Task3 is running!");
     SpinUnLock(&MySpin);
     delay(3);
  }

}
以下是运行效果：
当我们不使用自旋锁时，结果如下：

从控制台上可以看出，串口打印出了太多的错误，这显然是临界资源访问冲突导致的，即以串口为临界资源的访问冲突。
使用自旋锁的结果：

从上面可以看出，自旋锁有效地解决了临界资源的访问冲突问题。