队列与二值信号量、计数型信号量

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原创 2023-11-15 15:46:31 238 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

【FreeRTOS】07 二值信号量、计数信号量 本节开始讲freeRTOS的信号量，先从最基本的二值信号量讲起，后面会讲解计数信号量，最后是信号量与临界段保护的区别。阅读详情

一、队列简介：队列也称为消息队列，是一种用于消息间进行通信的数据结构，队列可以用于任务与任务之间、中断与任务之间传递消息，队列通常采用先进先出（FIFO）的数据缓冲机制。

二、队列常见的API函数

1.创建队列

2.写队列

3.读队列

三、实验操作

需求：创建一个队列，按下KEY1向队列发送数据，按下KEY2向队列读取数据。

CubeMX配置信息：

创建队列，CubeMX已经封装好了,和原始的函数有点差别：

StartTaskSend函数：

void StartTaskSend(void const * argument)
{

	uint16_t buf = 100;
	BaseType_t status;

  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET)
		{
		osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET)
				{	
					status = xQueueSend(myQueue01Handle,&buf,0);
					if(status == pdTRUE)
							printf("写入队列成功，写入值%d\r\n",buf);
					else
						printf("写入队列失败\r\n");
			}
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(1);
  }
 
}

StartTaskRecive函数：

void StartTaskRecive(void const * argument)
{
 
		uint16_t buf ;
	BaseType_t status;

  for(;;)
  {	
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET)
		{
		osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET)
				{	
					status = xQueueReceive(myQueue01Handle,&buf,0);
					if(status == pdTRUE)
							printf("读取队列成功，读出值%d\r\n",buf);
					else
						printf("读取队列失败\r\n");
			}
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(1);
  }
  
}

实验结果：通过按键1按三次，写入值三次；按按键2三次，读出值3次，按第四次读取失败。

二值信号量

一、信号量（Semaphore）

是在多任务环境下使用的一种机制，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。信号量这个名字，我们可以把它拆分来看，信号可以起到通知信号的作用，然后我们的量还可以用来表示资源的数量，当我们的量只有0和1的时候，它就可以被称作二值信号量，只有两个状态，当我们的那个量没有限制的时候，它就可以被称作为计数型信号量。信号量也是队列的一种。

二值信号量：二值信号量是一个长度为1，大小为0的队列，只有0和1两种状态，通常情况下，用来就行互斥访问或任务同步。互斥访问：比如获取了门钥匙，只有获取了钥匙才能开门。

二、二值信号量相关API函数

三、二值信号量实验

需求：创建一个二值信号量，按下KEY1释放信号量，按下KEY2获取信号量

1.cubeMX配置：释放（give）和获取(get)二值信号量,生成代码

注意： cubeMX生成的myBinaryHanle需要注释掉，使用xSemaphoreCreateBinary();

2.释放二值信号量和获取二值信号量

void StartTaskGive(void const * argument)
{
 
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET)
		{
		osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET)
				{	
				if(xSemaphoreGive(myBinaryHandle) == pdTRUE)
					printf("二值信号量放入成功\r\n");
					else
						printf("二值信号量放入失败\r\n");
			}
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(1);
  }

}

void StartTaskTake(void const * argument)
{

  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET)
		{
		osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET)
				{	
				if(xSemaphoreTake(myBinaryHandle,portMAX_DELAY) == pdTRUE)//portMAX_DELAY表示卡死等待，0表示不超时
					printf("二值信号量获取成功\r\n");
					else
						printf("二值信号量获取失败\r\n");
			}
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }

}

实验结果：当为portMAX_DELAY（死等），可以先点击获取信号量在放入

BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait );

当TickType_t xTicksToWait=0时，必须放一次信号量，拿一次信号量。

计数型信号量

一：定义：

计数型信号量相当于队列长度大于1 的队列，因此计数型信号量能够容纳多个资源，这在计数型

信号量被创建的时候确定的。

二、相关API函数

配置cubeMX,需要将USE_COUNTING_SEMAPHORES打开成Enable,注释掉cubeMX生成的创建信号量函数，改用xSemaphoreCreateCounting()。

三、代码

void StartTaskGive(void const * argument)
{

  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET)
		{
		osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET)
				{	
				if(xSemaphoreGive(CountingSem01Handle) == pdTRUE)
					printf("计数型信号量放入成功\r\n");
					else
						printf("计数型信号量放入失败\r\n");
			}
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0)==GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(1);
  }

void StartTaskTake(void const * argument)
{

  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET)
		{
		osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET)
				{	
				if(xSemaphoreTake(CountingSem01Handle,0) == pdTRUE)
					printf("计数型信号量获取成功\r\n");
					else
						printf("计数型信号量获取失败\r\n");
			}
				while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }

实验结果：