FreeRTOS 中的递归互斥量（Recursive Mutex）

1. 递归互斥量的作用

递归互斥量允许 同一个任务多次获取同一个互斥锁，每次获取都会增加锁的持有计数，必须释放相同次数后才能完全解锁。这种机制专为以下场景设计：

• 嵌套函数调用：同一任务在不同层级的函数中需要重复访问受保护的共享资源。
• 递归算法：任务在执行递归逻辑时需要确保资源独占。

示例场景：

void funcA() {
    xSemaphoreTakeRecursive(xMutex, portMAX_DELAY); // 第一次获取
    // 访问共享资源
    funcB(); // 嵌套调用 funcB
    xSemaphoreGiveRecursive(xMutex); // 释放
}

void funcB() {
    xSemaphoreTakeRecursive(xMutex, portMAX_DELAY); // 第二次获取（允许）
    // 访问共享资源
    xSemaphoreGiveRecursive(xMutex); // 释放
}

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2. 递归互斥量的实现

FreeRTOS 的递归互斥量通过 持有计数（Hold Count） 和 持有任务标识（Holder Task） 实现：

• 持有计数：记录锁被当前任务获取的次数。
• 持有任务：仅允许持有锁的任务重复获取。

关键函数

函数	功能
xSemaphoreCreateRecursiveMutex()	创建递归互斥量
xSemaphoreTakeRecursive()	递归获取锁（需配合递归互斥量）
xSemaphoreGiveRecursive()	递归释放锁

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3. 使用方法

步骤 1：创建递归互斥量

#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"

SemaphoreHandle_t xRecursiveMutex;

void main() {
    xRecursiveMutex = xSemaphoreCreateRecursiveMutex();
    configASSERT(xRecursiveMutex != NULL); // 确保创建成功
}

步骤 2：递归获取与释放

void TaskFunction(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 第一次获取
        if (xSemaphoreTakeRecursive(xRecursiveMutex, pdMS_TO_TICKS(100)) == pdTRUE) {
            // 第二次获取（允许）
            if (xSemaphoreTakeRecursive(xRecursiveMutex, pdMS_TO_TICKS(100)) == pdTRUE) {
                // 访问共享资源
                xSemaphoreGiveRecursive(xRecursiveMutex); // 释放第二次
            }
            xSemaphoreGiveRecursive(xRecursiveMutex); // 释放第一次
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    }
}

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4. 注意事项

1. 必须成对使用递归函数：
   使用 xSemaphoreTakeRecursive() 和 xSemaphoreGiveRecursive()，禁止混用普通互斥量函数（如 xSemaphoreTake()）。

2. 优先级继承机制：
   FreeRTOS 的递归互斥量支持优先级继承（需配置 configUSE_MUTEXES = 1），防止优先级反转。

3. 资源泄漏风险：
   若获取和释放次数不匹配，会导致锁无法释放，其他任务永久阻塞。

   // 错误示例：获取两次但只释放一次
   xSemaphoreTakeRecursive(xMutex, ...); // Hold count = 1
   xSemaphoreTakeRecursive(xMutex, ...); // Hold count = 2
   xSemaphoreGiveRecursive(xMutex);      // Hold count = 1 → 锁未完全释放！
   

4. 死锁场景：

   • 跨任务递归：任务A持有锁时，任务B尝试获取 → 触发阻塞。
   • 非递归互斥量：普通互斥量被同一任务重复获取会导致立即死锁。

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5. 递归互斥量 vs 普通互斥量

特性	递归互斥量	普通互斥量
同一任务重复获取	允许（计数递增）	导致死锁
释放要求	必须释放相同次数	只需释放一次
适用场景	嵌套/递归调用	单次获取释放
函数接口	TakeRecursive/GiveRecursive	Take/Give

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6. 配置要求

在 FreeRTOSConfig.h 中确保启用以下宏定义：

#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES     1  // 启用递归互斥量
#define configUSE_MUTEXES               1  // 启用互斥量（依赖项）

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7. 性能与资源开销

• 内存占用：每个递归互斥量比普通互斥量多占用约 4 字节（存储持有计数）。
• 时间开销：递归操作的时间复杂度为 O(1)，但嵌套次数过多可能影响实时性。

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通过合理使用递归互斥量，可以安全地在嵌套或递归代码中管理共享资源，但需严格遵守获取/释放的对称性以避免死锁。