freertos学习笔记8--个人自用-第12章信号量(semaphore)-优快云博客

一：概述

FreeRTOS 提供了信号量和互斥锁，用于任务间的同步和资源共享管理。信号量更偏向于任务同步，而互斥锁用于保护共享资源。

FreeRTOS 中的 信号量 (Semaphore) 是一种用于 任务间通信 和同步的机制。

你可以把它简单理解为：一个用来传递状态的“令牌”或“钥匙”。它本质上是一个队列 (Queue)，但是这个队列不存储具体的数据，只存储“计数值”（有多少个令牌）。

1. 信号量的三种主要类型

A. 二值信号量 (Binary Semaphore)

B. 计数型信号量 (Counting Semaphore)

C. 互斥信号量 (Mutex, Mutual Exclusion)

2.信号量的含义

信号量这个名字很恰当：

信号：起通知作用
量：还可以用来表示资源的数量
- 当"量"没有限制时，它就是"计数型信号量"(Counting Semaphores)
- 当"量"只有0、1两个取值时，它就是"二进制信号量"(Binary Semaphores)
支持的动作："give"给出资源，计数值加1；"take"获得资源，计数值减1

3.计数值是什么

二：信号量的三种主要类型讲解

Take 减一 -1 Give 加1 +1

1. 二值信号量 (Binary Semaphore)

2. 计数型信号量 (Counting Semaphore)

3. 互斥信号量 (Mutex / Mutual Exclusion)

三.Give/Take 组合

Take 减一 -1 Give 加1 +1

四:信号量函数

做为初学者，信号量函数只需要掌握三类核心操作：创建（Create）、获取（Take）、释放（Give），外加一个特别需要注意的中断版（FromISR）。

1. 创建

使用信号量之前，要先创建，得到一个句柄（Handle）；使用信号量时，要使用句柄来表明使用哪个信号量。对于二进制信号量、计数型信号量，它们的创建函数不一样：

函数名	描述	老师的备注
`xSemaphoreCreateBinary()`	创建二值信号量	注意：创建出来默认是“空”的（0），你需要先 Give 一次才能被 Take。
`xSemaphoreCreateCounting(...)`	创建计数信号量	需要两个参数：最大计数值（Max）和初始值（Init）。
`xSemaphoreCreateMutex()`	创建互斥量	创建出来默认是“满”的（可用），可以直接 Take。

示范代码：

SemaphoreHandle_t mySem; // 1. 定义句柄变量

void main() {
    // 2. 创建
    mySem = xSemaphoreCreateBinary();
    
    // 3. 检查是否创建成功（非常重要！）
    if (mySem == NULL) {
        // 内存不足，创建失败
    }
}

静态之后搜下吧，感觉先不是很重要

代码示范

// 1. 定义句柄（全局变量）
SemaphoreHandle_t myBinarySem = NULL;
SemaphoreHandle_t myCountingSem = NULL;
SemaphoreHandle_t myMutex = NULL;

void main_init_function() {
    
    // --- 创建二值信号量 ---
    myBinarySem = xSemaphoreCreateBinary();
    if (myBinarySem != NULL) {
        // 创建成功，但现在是空的(0)，需要先 Give 才能用，或者等中断 Give
        // xSemaphoreGive(myBinarySem); // 如果需要让他默认可用，就手动Give一次
    }

    // --- 创建计数信号量 ---
    // 比如：一个停车场，最多停5辆车，一开始里面也是空的（0辆车）
    myCountingSem = xSemaphoreCreateCounting(5, 0); 

    // --- 创建互斥量 ---
    myMutex = xSemaphoreCreateMutex();
    // 创建成功后，它就是可用的。不需要手动 Give。
}

2 删除

对于动态创建的信号量，不再需要它们时，可以删除它们以回收内存。

vSemaphoreDelete可以用来删除二进制信号量、计数型信号量，函数原型如下：

/*
 * xSemaphore: 信号量句柄，你要删除哪个信号量
 */
void vSemaphoreDelete( SemaphoreHandle_t xSemaphore );

3. give/take

二进制信号量、计数型信号量的give、take操作函数是一样的。这些函数也分为2个版本：给任务使用，给ISR使用。列表如下：

	在任务中使用	在ISR中使用
give	xSemaphoreGive	xSemaphoreGiveFromISR
take	xSemaphoreTake	xSemaphoreTakeFromISR

一、任务版函数 (Task API)

这两个函数只能在任务（Task）中调用，绝对不能在中断（ISR）里用。因为它们允许“阻塞”（也就是睡觉等待），而中断是不能睡觉的。

二、中断版函数 (ISR API)

中断函数最大的特点是：没有阻塞时间参数（不能等），并且多了一个**“切换上下文”的机制**。

核心机制：pxHigherPriorityTaskWoken 这个参数的变量定义是由你（用户）写的，

代码示范：

假设我们有一个按键中断，当按键按下时，ISR 释放信号量，唤醒一个负责处理按键逻辑的任务（KeyTask）。

步骤 1：定义信号量和任务

SemaphoreHandle_t xKeySemaphore; // 定义信号量句柄

// 在 main 或初始化中创建二进制信号量
xKeySemaphore = xSemaphoreCreateBinary();

步骤 2：中断服务程序 (ISR)

这是 ISR 版本的核心写法，请注意 xHigherPriorityTaskWoken 的用法：

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    // 1. 定义一个变量来保存是否需要切换任务的状态，初始化为 pdFALSE
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    // 清除中断标志位（具体取决于硬件平台，这里仅为伪代码）
    Clear_IT_Flag();

    // 2. 发送信号量（Give）
    // 告诉 FreeRTOS：“资源有了，如果有任务在等，把它唤醒”
    // 如果唤醒的任务优先级比当前被打断的任务高，xHigherPriorityTaskWoken 会变为 pdTRUE
    xSemaphoreGiveFromISR(xKeySemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);

    // 3. 强制上下文切换
    // 如果 xHigherPriorityTaskWoken 为 pdTRUE，这里会挂起 PendSV 中断
    // 使得 ISR 退出后直接运行高优先级任务，而不是回到原来的低优先级任务
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken); [cite: 4449]
}

步骤 3：接收任务 (Task)

任务中使用普通的阻塞函数等待信号量：

void KeyProcessTask(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        // 阻塞等待信号量，portMAX_DELAY 表示死等
        if(xSemaphoreTake(xKeySemaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE)
        {
            // 只有当 ISR 执行了 Give 操作，程序才会运行到这里
            printf("按键被按下了，处理业务逻辑...\r\n");
        }
    }
}

4. 总结

	在任务中使用	在ISR中使用
give	xSemaphoreGive	xSemaphoreGiveFromISR
take	xSemaphoreTake	xSemaphoreTakeFromISR

5.问题提问

pxHigherPriorityTaskWoken 这个参数的变量定义是由你（用户）写的

问题1

问题2

问题3

五:对于初学者要掌握的

对于第12章信号量 (Semaphore)，你不需要背下所有的函数参数和复杂的内部机制。作为初学者，你只需要掌握以下 4 个核心点 就能应对 80% 的开发需求：

六:信号量是用于哪些方面的

根据文档第12章的内容，信号量（Semaphore）主要用于解决资源管理和任务同步这两个核心问题。

你可以把它理解为一个**“全局计数器”**，用于在多任务之间传递状态或管理数量。具体应用场景分为以下三类：

总结

信号量类型	核心作用	典型生活例子	操作逻辑
计数型	资源管理	停车场、电影票	有票就进，没票排队
计数型	事件计数	生产流水线	生产一个+1，消费一个-1
二进制	同步/通知	裁判发令枪	枪响（Give），运动员跑（Take）
二进制	互斥(锁)	公用电话亭	我用时你别进（注：建议改用Mutex）