FreeRTOS连载11：事件组 - 位操作实现的高效多任务同步机制

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于 2025-07-30 00:25:24 发布 · 939 阅读

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引言

事件组是FreeRTOS中一种独特的同步机制，它使用位操作来实现多个事件的并发管理。与信号量和队列不同，事件组允许任务等待多个条件的组合，提供了"与"、"或"逻辑的灵活同步方式。本文将深入分析事件组的实现原理和应用技巧。

1. 事件组的核心概念

1.1 事件组的本质

事件组本质上是一个位图，每个位代表一个事件的状态：

/* 事件组的基本定义 */
typedef struct EventGroupDef_t
{
    EventBits_t uxEventBits;           /* 事件位图 */
    List_t xTasksWaitingForBits;       /* 等待事件的任务列表 */
    
    #if( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
        UBaseType_t uxEventGroupNumber;
    #endif
    
    #if( ( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 ) && ( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 ) )
        uint8_t ucStaticallyAllocated;
    #endif
} EventGroup_t;

/* 事件位的类型定义 */
#if configUSE_16_BIT_TICKS == 1
    typedef uint16_t EventBits_t;
#else
    typedef uint32_t EventBits_t;
#endif

/* 可用的事件位数量 */
#define eventEVENT_BITS_CONTROL_BYTES   2
#define eventCLEAR_EVENTS_ON_EXIT_BIT   24UL
#define eventUNBLOCKED_DUE_TO_BIT_SET   25UL
#define eventWAIT_FOR_ALL_BITS          26UL

/* 实际可用的事件位 */
#if configUSE_16_BIT_TICKS == 1
    #define eventEVENT_BITS_AVAILABLE   ( 16 - eventEVENT_BITS_CONTROL_BYTES )
#else
    #define eventEVENT_BITS_AVAILABLE   ( 32 - eventEVENT_BITS_CONTROL_BYTES )
#endif

设计特点：

位图表示：每个位代表一个独立事件
高效存储：32位系统可管理24个事件
灵活组合：支持任意事件组合的等待条件

1.2 事件组与其他同步机制的对比

特性	事件组	信号量	队列
数据存储	位状态	计数值	任意数据
等待条件	多位组合	单一条件	单一消息
唤醒方式	广播	单一任务	单一任务
内存占用	固定小	固定小	可变大

2. 事件组的创建与删除

2.1 动态创建事件组

/* 动态创建事件组 */
#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
    EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void )
    {
        EventGroup_t *pxEventBits;

        /* 分配事件组内存 */
        pxEventBits = ( EventGroup_t * ) pvPortMalloc( sizeof( EventGroup_t ) );

        if( pxEventBits != NULL )
        {
            /* 初始化事件位为0 */
            pxEventBits->uxEventBits = 0;
            
            /* 初始化等待列表 */
            vListInitialise( &( pxEventBits->xTasksWaitingForBits ) );

            #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
            {
                /* 标记为动态分配 */
                pxEventBits->ucStaticallyAllocated = pdFALSE;
            }
            #endif

            traceEVENT_GROUP_CREATE( pxEventBits );
        }
        else
        {
            traceEVENT_GROUP_CREATE_FAILED();
        }

        return pxEventBits;
    }
#endif

2.2 静态创建事件组

/* 静态创建事件组 */
#if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
    EventGroupHandle_t xEventGroupCreateStatic( StaticEventGroup_t *pxEventGroupBuffer )
    {
        EventGroup_t *pxEventBits;

        configASSERT( pxEventGroupBuffer );

        /* 使用提供的缓冲区 */
        pxEventBits = ( EventGroup_t * ) pxEventGroupBuffer;

        if( pxEventBits != NULL )
        {
            /* 初始化事件位 */
            pxEventBits->uxEventBits = 0;
            
            /* 初始化等待列表 */
            vListInitialise( &( pxEventBits->xTasksWaitingForBits ) );

            /* 标记为静态分配 */
            pxEventBits->ucStaticallyAllocated = pdTRUE;

            traceEVENT_GROUP_CREATE( pxEventBits );
        }
        else
        {
            traceEVENT_GROUP_CREATE_FAILED();
        }

        return pxEventBits;
    }
#endif

3. 事件位的设置与清除

3.1 设置事件位

/* 设置事件位 */
EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToSet )
{
    ListItem_t *pxListItem, *pxNext;
    ListItem_t const *pxListEnd;
    List_t const *pxList;
    EventBits_t uxBitsToClear = 0, uxBitsWaitedFor, uxControlBits;
    EventGroup_t *pxEventBits = xEventGroup;
    BaseType_t xMatchFound = pdFALSE;

    configASSERT( xEventGroup );
    configASSERT( ( uxBitsToSet & eventEVENT_BITS_CONTROL_BYTES ) == 0 );

    pxList = &( pxEventBits->xTasksWaitingForBits );
    pxListEnd = listGET_END_MARKER( pxList );
    
    vTaskSuspendAll();
    {
        traceEVENT_GROUP_SET_BITS( xEventGroup, uxBitsToSet );

        pxListItem = listGET_HEAD_ENTRY( pxList );

        /* 设置事件位 */
        pxEventBits->uxEventBits |= uxBitsToSet;

        /* 检查是否有任务的等待条件满足 */
        while( pxListItem != pxListEnd )
        {
            pxNext = listGET_NEXT( pxListItem );
            uxBitsWaitedFor = listGET_LIST_ITEM_VALUE( pxListItem );
            xMatchFound = pdFALSE;

            /* 获取控制位 */
            uxControlBits = uxBitsWaitedFor & eventEVENT_BITS_CONTROL_BYTES;
            uxBitsWaitedFor &= ~eventEVENT_BITS_CONTROL_BYTES;

            if( ( uxControlBits & eventWAIT_FOR_ALL_BITS ) == ( EventBits_t ) 0 )
            {
                /* 等待任意位（OR逻辑） */
                if( ( uxBitsWaitedFor & pxEventBits->uxEventBits ) != ( EventBits_t ) 0 )
                {
                    xMatchFound = pdTRUE;
                }
            }
            else if( ( uxBitsWaitedFor & pxEventBits->uxEventBits ) == uxBitsWaitedFor )
            {
                /* 等待所有位（AND逻辑） */
                xMatchFound = pdTRUE;
   &nb