7、深入理解 FreeRTOS 互斥锁：原理、应用与实践

深入理解 FreeRTOS 互斥锁：原理、应用与实践

1. 互斥锁基础

互斥锁（Mutex）这个术语源于“mutual”（相互）和“exclusion”（排斥）。在 FreeRTOS 中，既然已经有了二进制信号量，为何还需要互斥锁呢？互斥锁有什么独特的能力是二进制信号量所没有的呢？

1.1 互斥原理

和二进制信号量一样，互斥锁是一种实现互斥访问的机制。其互斥原则同样基于约定，互斥锁本身并不直接排除或允许访问。按照约定，一个任务只有在成功获取互斥锁后，才能访问受保护的资源。在 FreeRTOS 术语中，这被称为“获取”（take）互斥锁。一旦任务获取了互斥锁，它就成为该资源的唯一所有者。

当所有者使用完资源后，通过“释放”（give）互斥锁来开放对资源的访问。释放互斥锁后，其他任务就可以获取它。通过这种协议，同一时间不会有多个任务同时访问受保护的资源。

例如，有两个任务要驱动同一总线上的 I2C 设备。总线是设备共享的，但一次只能进行一个事务。互斥锁可以让这两个独立的任务与各自的从设备通信，同时避免在共享总线上发生冲突。

1.2 问题分析

假设有三个任务 A、B 和 C。任务 A 和 B 都需要使用由二进制信号量保护的共享 I2C 总线进行互斥访问。任务 A 的优先级为 1，任务 B 的优先级为 3，任务 C 的优先级为 2。具体事件顺序如下：
1. 任务 B（优先级 3）因等待消息队列而被阻塞。
2. 任务 C（优先级 2）由于某种原因也被阻塞。
3. 由于没有更高优先级的任务准备好，任务 A（优先级 1）开始执行。它锁定了 I2C 总线的信号量，成为所有者。 <