FreeRTOS——信号量

本文详细介绍了FreeRTOS中的四种信号量类型:二进制、计数型、互斥和递归互斥信号量,包括它们的概念、开发流程、案例分析及应用场景,帮助读者理解和掌握信号量在任务同步和资源管理中的作用。

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学习目标

  1. 理解信号量的概念
  2. 掌握信号量发流程
  3. 掌握二进制信号量
  4. 熟悉计数型信号量
  5. 掌握互斥信号量
  6. 熟悉递归互斥信号量

学习内容

概念

在 FreeRTOS 中,信号量(Semaphore)是一种用于实现任务之间同步和资源共享的机制。它是一种计数型的同步原语,用于控制对共享资源的访问和保护。

在FreeRTOS中,包含4种类型的信号量:

1. 二进制信号量(Binary Semaphore):

二进制信号量是最基本的信号量类型。它的计数值要么为0(表示信号量已被获取),要么为1(表示信号量可用)。二进制信号量常用于实现互斥访问共享资源的场景,只允许一个任务访问资源。

在 FreeRTOS 中,你可以使用 xSemaphoreCreateBinary() 函数创建一个二进制信号量。任务可以通过 xSemaphoreTake() 函数获取信号量,通过 xSemaph

### FreeRTOS信号量示例代码 在FreeRTOS中,信号量用于管理资源访问和同步任务执行。以下是基于二值信号量的一个简单例子,展示了如何创建、获取和释放信号量。 #### 创建并初始化二值信号量 ```c SemaphoreHandle_t binary_semaphore; void setup() { // 创建一个初始为空的二值信号量 binary_semaphore = xSemaphoreCreateBinary(); if (binary_semaphore != NULL) { // 初始化信号量为可用状态(可选) xSemaphoreGive(binary_semaphore); } } ``` 此段代码定义了一个名为`binary_semaphore`的手柄来表示二值信号量,并通过调用`xSemaphoreCreateBinary()`函数创建该信号量[^4]。如果成功,则将其设置为已给予的状态以便立即使用。 #### 获取信号量 当某个任务想要进入临界区之前,它应该尝试获得相应的信号量: ```c if (xSemaphoreTake(binary_semaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE) { // 成功获得了信号量,现在可以安全地操作共享资源 } else { // 如果到达这里意味着未能取得信号量 } ``` 上述代码片段中的`xSemaphoreTake()`函数用来等待直到能够占有指定的信号量为止,在本案例里设置了无限期阻塞(`portMAX_DELAY`)直至得到信号量[^2]。 #### 释放信号量 一旦完成对受保护资源的操作之后,应当及时归还所持有的信号量给其他可能正在排队等候的任务: ```c // 完成工作后释放信号量 xSemaphoreGive(binary_semaphore); ``` 这段代码里的`xSemaphoreGive()`负责增加信号量计数值从而允许下一个等待者继续前进。 ### 使用场景说明 以上述方式构建的应用程序通常适用于那些需要确保多个并发进程不会同时修改同一份数据的情况——即防止竞态条件的发生。此外,还可以利用此类机制实现生产者-消费者模式下的线程间通信[^3]。
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