【FreeRtos教程六】STM32 CubeMx——Mutexes And Recursive Mutexes（互斥量与递归互斥量）

目录

1 互斥量

2 示例程序

2.1例程功能

2.2步骤

2.3实验结果

2.4函数讲解

2.5程序源码

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1 互斥量

1.都是为什么要有互斥量

在多任务系统中，任务A正在使用某个资源，还没用完的情况下任务B也来使用的话，就可能导致问题。 比如对于串口，任务A正使用它来打印，在打印过程中任务B也来打印，客户看到的结果就是A、B的信 息混杂在一起。

所以我们希望某一任务在在某一时刻单独占有某一硬件资源，这时候便引入了互斥量。例如，我们怎么独享厕所呢？我们可以上厕所然后把门锁了，完事了自己开锁。使用队列、信号量都可以实现互斥访问，以信号量为例：

• 信号量初始值为1
• 任务A想上厕所，"take"信号量成功，它进入厕所
• 任务B也想上厕所，"take"信号量不成功，等待
• 任务A用完厕所，"give"信号量；轮到任务B使用

2.既然队列、信号量都可以实现互斥访问，为什么还要引入互斥量

假设任务A、B都想使用串口，A优先级比较低：

• 任务A获得了串口的信号量
• 任务B也想使用串口，它将会阻塞、等待A释放信号量
• 高优先级的任务，被低优先级的任务延迟，这被称为"优先级反转"(priority inversion)

互斥量可以通过"优先级继承"，可以很大程度解决"优先级反转"的问题，这也是FreeRTOS中互斥量和二 进制信号量的差别。这点在下面的例程中会被介绍。

3.FreeRtos的互斥锁是代码上约定的习惯

使用互斥量的核心在于：谁上锁，就只能由谁开锁。但是FreeRTOS的互斥锁，并没有在代码上实现这点，即使任务A获得了互斥锁，任务B竟然也可以释放互斥锁。所以为了实现互斥锁，就约定程序员在写代码的时候，那个任务上锁，就由那个任务解锁。

4.递归互斥量

互斥量能被多次获取，同时也要被多次释放。其功能就不在详细介绍。

2 示例程序

2.1 例程功能

按优先级由高到底分别创建一个按键任务（priority：High）、打印任务1（priority：Normal）、打印任务2（priority：Low）,打印任务1和2先挂起，由按键任务来解挂起，观察打印任务2在添加获取互斥量程序前后，打印任务1和2执行的先后顺序。

2.2 步骤

配置按键IO口

 配置三个动态任务，优先级依次为High、Normal、Low

 配置一个互斥量

按键按下，唤醒打印任务1和打印任务2，并获取释放互斥量

/* USER CODE END Header_StartTask_KEY0 */
void StartTask_KEY0(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask_KEY0 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==0)
    {
        osDelay(10);
        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==0)
        {
            osThreadSuspendAll();
            printf("\nKEY_0按下\n");
            osThreadResumeAll();
            osThreadResume(myTask01Handle);
            osThreadResume(myTask02Handle);
            osMutexWait(myMutex01Handle,osWaitForever);//获得互斥量
            osMutexRelease(myMutex01Handle);//释放互斥量
            while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==0)
            {
                osDelay(10);
            }
        }
    }
    osDelay(1);
 }

循环开始时任务挂起，等待按键按下后任务解挂起并打印字符串

void StartTask01(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask01 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
      osThreadSuspend(NULL);
      osThreadSuspendAll();
      printf("嗨，我是打印任务 1\n");
      osThreadResumeAll();
      osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END StartTask01 */
}

循环开始时任务挂起，等待按键按下后任务解挂起并打印字符串。程序osMutexWait（）和osMutexRelease（）屏蔽与不屏蔽，程序执行的结果有所不同。

/* USER CODE END Header_StartTask02 */
void StartTask02(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask02 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
      //osMutexWait(myMutex01Handle,osWaitForever)；//获得互斥量
      osThreadSuspend(NULL);
      osThreadSuspendAll();
      printf("嗨，我是打印任务 2\n");
      osThreadResumeAll();
      //osMutexRelease(myMutex01Handle);//释放互斥量
      osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END StartTask02 */
}

2.3 实验结果

程序osMutexWait（）和osMutexRelease（）屏蔽时，当按键按下后，打印任务1和打印任务2按照优先级顺序先后执行

程序osMutexWait（）和osMutexRelease（）不屏蔽时，当按键按下后，打印任务2发生优先级继承先打印

实验评析

FreeRtos实现互斥的核心概念是：谁上锁，就由谁来解锁，那为什么不用信号量来实现一定要用互斥量来实现呢？关键在于使用信号量实现互斥会发生优先级的反转，而使用互斥量能通过优先级继承的方式来解决优先级反转的问题。（详情见韦东山的讲解）

板子上电，程序初步运行时，打印任务2获取互斥量后然后挂起，当按键按下，按键任务在解挂打印任务1、2后也想获取互斥量，但此时互斥量被打印任务2占有，这时候FreeRtos就会将打印任务2的优先级提升到和按键任务一样高（Priority:High）,使互斥量被尽快释放。

2.4 函数讲解

1 osStatus osMutexWait (osMutexId mutex_id, uint32_t millisec)

/**
@brief Wait until a Mutex becomes available
@param mutex_id      mutex ID obtained by \ref osMutexCreate.
@param millisec      timeout value or 0 in case of no time-out.
@retval  status code that indicates the execution status of the function.
@note   MUST REMAIN UNCHANGED: \b osMutexWait shall be consistent in every CMSIS-RTOS.
*/
osStatus osMutexWait (osMutexId mutex_id, uint32_t millisec)

• 函数功能：获取某一互斥量
• 传入参数：1.mutex_id （要获取互斥量量的句柄） 2.millisec（超时等待时间）

2 osStatus osMutexRelease (osMutexId mutex_id)

/**
@brief Release a Mutex that was obtained by \ref osMutexWait
@param mutex_id      mutex ID obtained by \ref osMutexCreate.
@retval  status code that indicates the execution status of the function.
@note   MUST REMAIN UNCHANGED: \b osMutexRelease shall be consistent in every CMSIS-RTOS.
*/
osStatus osMutexRelease (osMutexId mutex_id)

• 函数功能：释放某一互斥量
• 传入参数：mutex_id （要释放互斥量量的句柄）

2.5 程序源码

github链接：HaoJosephWen/FreeRtos_personal (github.com)