第 4 章 µITRON4.0 仕様の機能 81
4.4 同期・通信機能
4.4.1 セマフォ
セマフォは，使用されていない資源の有無や数量を数値で表現することによ り，その資源を使用する際の排他制御や同期を行うためのオブジェクトであ る．セマフォ機能には，セマフォを生成／削除する機能，セマフォの資源を獲 得／返却する機能，セマフォの状態を参照する機能が含まれる．セマフォは ID 番号で識別されるオブジェクトである．セマフォの ID番号をセマフォ IDと呼 ぶ．
セマフォは，対応する資源の有無や数量を表現する資源数と，資源の獲得を待 つタスクの待ち行列を持つ．資源を返却する側（イベントを知らせる側）で は，セマフォの資源数を 1つ増やす．一方，資源を獲得する側（イベントを待 つ側）では，セマフォの資源数を 1つ減らす．セマフォの資源数が足りなくなっ た場合（具体的には，資源数を減らすと資源数が負になる場合），資源を獲得 しようとしたタスクは，次に資源が返却されるまでセマフォ資源の獲得待ち状 態となる．セマフォ資源の獲得待ち状態になったタスクは，そのセマフォの待 ち行列につながれる．
また，セマフォに対して資源が返却され過ぎるのを防ぐために，セマフォ毎に 最大資源数を設定することができる．最大資源数を越える資源がセマフォに返 却されようとした場合（具体的には，セマフォの資源数を増やすと最大資源数 を越える場合）には，エラーを報告する．
セマフォ機能に関連して，次のカーネル構成定数を定義する．
TMAX_MAXSEM セマフォの最大資源数の最大値
セマフォ生成情報およびセマフォ状態のパケット形式として，次のデータ型を 定義する．
typedef struct t_csem {
ATR sematr ; /* セマフォ属性 */
UINT isemcnt ; /* セマフォの資源数の初期値 */
UINT maxsem ; /* セマフォの最大資源数 */
/* 実装独自に他のフィールドを追加してもよい */
} T_CSEM ;
typedef struct t_rsem {
ID wtskid ; /* セマフォの待ち行列の先頭のタスク の ID番号 */
UINT semcnt ; /* セマフォの現在の資源数 */
/* 実装独自に他のフィールドを追加してもよい */
} T_RSEM ;
セマフォ機能の各サービスコールの機能コードは次の通りである．
TFN_CRE_SEM –0x21 cre_semの機能コード TFN_ACRE_SEM –0xc2 acre_semの機能コード TFN_DEL_SEM –0x22 del_semの機能コード TFN_SIG_SEM –0x23 sig_semの機能コード TFN_ISIG_SEM –0x75 isig_semの機能コード TFN_WAI_SEM –0x25 wai_semの機能コード TFN_POL_SEM –0x26 pol_semの機能コード TFN_TWAI_SEM –0x27 twai_semの機能コード TFN_REF_SEM –0x28 ref_semの機能コード
【スタンダードプロファイル】
スタンダード プロファイルでは，セ マフォを動的に生 成／削除する機能
（ cre_sem， acre_sem，del_sem），セマフォの状態を参照する機能（ ref_sem） を除いて，セマフォ機能をサポートしなければならない．
スタンダードプロファイルでは，セマフォの最大資源数として，少なくとも
65535以上の値が指定できなければならない．スタンダードプロファイルでは
TMAX_MAXSEMを定義する必要はないが，定義する場合には 65535以上の値
となる．
【仕様決定の理由】
スタンダードプロファイルで TMAX_MAXSEMを定義する必要がないとした
のは，TMAX_MAXSEMを参照する必要があるのはセマフォを生成する時であ
るのに対して，スタンダードプロファイルではセマフォを動的に生成する機能 をサポートする必要がないためである．
CRE_SEM
セマフォの生成（静的 API） 【 S】cre_sem
セマフォの生成acre_sem
セマフォの生成（ ID番号自動割付け）【静的 API】
CRE_SEM ( ID semid, { ATR sematr, UINT isemcnt, UINT maxsem } ) ;
【 C言語 API】
ER ercd = cre_sem ( ID semid, T_CSEM *pk_csem ) ; ER_ID semid = acre_sem ( T_CSEM *pk_csem ) ;
【パラメータ】
ID semid 生成対象のセマフォの ID番号（ acre_sem以外）
T_CSEM * pk_csem セマフォ生成情報を入れたパケットへのポイ ンタ（ CRE_SEMではパケットの内容を直接記 述する）
pk_csemの内容（ T_CSEM型）
ATR sematr セマフォ属性
UINT isemcnt セマフォの資源数の初期値
UINT maxsem セマフォの最大資源数
（実装独自に他の情報を追加してもよい）
【リターンパラメータ】
cre_semの場合
ER ercd 正常終了（ E_OK）またはエラーコード acre_semの場合
ER_ID semid 生成したセマフォの ID番号（正の値）またはエ
ラーコード
【エラーコード】
E_ID 不正 ID 番号（ semid が不正あるいは使用できない；
cre_semのみ）
E_NOID ID番号不足（割付け可能なセマフォ IDがない； acre_sem のみ）
E_RSATR 予約属性（ sematrが不正あるいは使用できない）
E_PAR パラメータエラー（ pk_csem， isemcnt， maxsemが不 正）
E_OBJ オブジェクト状態エラー（対象セマフォが登録済み；
cre_semのみ）
【機能】
semidで指定される ID番号を持つセマフォを，pk_csemで指定されるセマフォ 生成情報に基づいて生成する． sematrはセマフォの属性， isemcntはセマフォ 生成後の資源数の初期値， maxsemはセマフォの最大資源数である．
CRE_SEMにおいては， semidは自動割付け対応整数値パラメータ， sematr はプリプロセッサ定数式パラメータである．
acre_semは，生成するセマフォの ID番号をセマフォが登録されていない ID番 号の中から割り付け，割り付けた ID番号を返値として返す．
sematrには，（ TA_TFIFO‖ TA_TPRI）の指定ができる．セマフォの待ち行列 は， TA_TFIFO（＝ 0x00）が指定された場合には FIFO順， TA_TPRI（＝ 0x01）
が指定された場合にはタスクの優先度順となる．
isemcntに maxsemよりも大きい値が指定された場合には， E_PARエラーを返 す．また， maxsemに 0が指定された場合や，セマフォの最大資源数の最大値
（ TMAX_MAXSEM）よりも大きい値が指定された場合にも， E_PARエラーを 返す．
【 µITRON3.0仕様との相違】
セマフォ生成情報から拡張情報を削除した．また， isemcntと maxsemのデー タ型を INTから UINTに変更した．
acre_semは新設のサービスコールである．
del_sem
セマフォの削除【 C言語 API】
ER ercd = del_sem ( ID semid ) ;
【パラメータ】
ID semid 削除対象のセマフォの ID番号
【リターンパラメータ】
ER ercd 正常終了（ E_OK）またはエラーコード
【エラーコード】
E_ID 不正 ID番号（ semidが不正あるいは使用できない）
E_NOEXS オブジェクト未生成（対象セマフォが未登録）
【機能】
semidで指定されるセマフォを削除する．
【補足説明】
対象セマフォに対して資源の獲得を待っているタスクがある場合の扱いにつ いては， 3.8節を参照すること．
sig_sem
セマフォ資源の返却 【 S】isig_sem
【 S】【 C言語 API】
ER ercd = sig_sem ( ID semid ) ; ER ercd = isig_sem ( ID semid ) ;
【パラメータ】
ID semid 資源返却対象のセマフォの ID番号
【リターンパラメータ】
ER ercd 正常終了（ E_OK）またはエラーコード
【エラーコード】
E_ID 不正 ID番号（ semidが不正あるいは使用できない）
E_NOEXS オブジェクト未生成（対象セマフォが未登録）
E_QOVR キューイングオーバフロー（最大資源数を越える返却）
【機能】
semidで指定されるセマフォに対して，資源を 1つ返却する．具体的には，対
象セマフォに対して資源の獲得を待っているタスクがある場合には，待ち行列 の先頭のタスクを待ち解除する．この時，対象セマフォの資源数は変化しな い．また，待ち解除されたタスクに対しては，待ち状態に入ったサービスコー ルの返値として E_OKを返す．資源の獲得を待っているタスクがない場合に は，対象セマフォの資源数に 1を加える．
セマフォの資源数に 1を加えるとセマフォの最大資源数を越える場合には，
E_QOVRエラーを返す．非タスクコンテキストから呼び出された場合で，サー ビスコールを遅延実行する場合には， E_QOVRエラーを返すことを，実装定 義で省略することができる．
wai_sem
セマフォ資源の獲得 【 S】pol_sem
セマフォ資源の獲得（ポーリング） 【 S】twai_sem
セマフォ資源の獲得（タイムアウトあり） 【 S】【 C言語 API】
ER ercd = wai_sem ( ID semid ) ; ER ercd = pol_sem ( ID semid ) ;
ER ercd = twai_sem ( ID semid, TMO tmout ) ;
【パラメータ】
ID semid 資源獲得対象のセマフォの ID番号
TMO tmout タイムアウト指定（ twai_semのみ）
【リターンパラメータ】
ER ercd 正常終了（ E_OK）またはエラーコード
【エラーコード】
E_ID 不正 ID番号（ semidが不正あるいは使用できない）
E_NOEXS オブジェクト未生成（対象セマフォが未登録）
E_PAR パラメータエラー（ tmoutが不正； twai_semのみ）
E_RLWAI 待ち状態の強制解除（待ち状態の間に rel_waiを受付；
pol_sem以外）
E_TMOUT ポーリング失敗またはタイムアウト（ wai_sem以外）
E_DLT 待ちオブジェクトの削除（待ち状態の間に対象セマフォ
が削除； pol_sem以外）
【機能】
semidで指定されるセマフォから，資源を 1つ獲得する．具体的には，対象セ
マフォの資源数が 1以上の場合には，セマフォの資源数から 1を減じ，自タス クを待ち状態とせずにサービスコールの処理を終了する．対象セマフォの資源 数が 0の場合には，自タスクを待ち行列につなぎ，セマフォ資源の獲得待ち状 態に移行させる．この時，対象セマフォの資源数は 0のまま変化しない．
他のタスクがすでに待ち行列につながっている場合，自タスクを待ち行列につ なぐ処理は次のように行う．セマフォ属性に TA_TFIFO（＝ 0x00）が指定され ている場合には，自タスクを待ち行列の末尾につなぐ． TA_TPRI（＝ 0x01）が 指定されている場合には，自タスクを優先度順で待ち行列につなぐ．同じ優先 度のタスクの中では，自タスクを最後につなぐ．
pol_semは， wai_semの処理をポーリングで行うサービスコール， twai_sem
は， wai_semにタイムアウトの機能を付け加えたサービスコールである．
tmout には，正の 値のタイム アウト時間 に加えて， TMO_POL（＝ 0）と TMO_FEVR（＝ –1）を指定することができる．