FreeRTOS--信号量

一、信号量的概念及其作用

        使用信号量的最初目的是为了给共享资源建立一个标志，该标志表示该共享资源被占用情况

平时使用信号量主要实现以下两个功能：

        1、两个任务之间或者中断函数跟任务之间的同步功能，其实就是共享资源为 1 的时候；

        2、多个共享资源的管理；

针对这两种功能，FreeRTOS分别提供了二进制信号量和计数信号量，二进制信号量可以被认为是长度为 1 的队列那样，计数信号量也可以被认为是长度大于 1 的队列。

二、计数信号量 API 函数

1）函数 xSemaphoreCreateCounting 用于创建计数信号量

使用此函数要在 FreeRTOSConfig.h 文件中使能宏定义：

#define        configUSE_COUNTING_SEMAPHORES

1

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting( UBaseType_t uxMaxCount,     /* 支持的最大计数值 */
                                            UBaseType_t uxInitialCount); /* 初始计数值 */

参数：

uxMaxCount	可以达到的最大计数值。 当信号量达到此值时，它不能再被“给定”。
uxInitialCount	创建信号量时分配给信号量的计数值。

返回：

如果已成功创建信号量，则将返回该信号量的句柄 。

2）函数 xSemaphoreGive 用于在任务代码中释放信号量

xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore ); /* 信号量句柄 */

返回值：如果信号量释放成功，则返回 pdTRUE；如果发生错误，则返回 pdFALSE。

3）函数 xSemaphoreGiveFromISR 用于中断服务程序中释放信号量

xSemaphoreGiveFromISR
(
    SemaphoreHandle_t xSemaphore,                /* 信号量句柄 */
    signed BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */
)

pxHigherPriorityTaskWoken：参数的数值是 pdTRUE，说明有高优先级任务要执行， 否则没有

 返回：如果成功给出信号量，则返回 pdTRUE，否则 errQUEUE_FULL。

4）函数 xSemaphoreTake 用于在任务代码中获取信号量

xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore, /* 信号量句柄 */
                TickType_t xTicksToWait );    /* 等待信号量可用的最大等待时间 */

返回值：如果创建成功会获取信号量返回 pdTRUE， 否则返回 pdFALSE

三、FreeRTOS 任务间计数信号量的实现

 

运行条件：

 创建 2 个任务 Task1 和 Task2。

 创建计数信号量可用资源为 1。

运行过程描述如下：

 任务 Task1 运行过程中调用函数 xSemaphoreTake 获取信号量资源， 如果信号量没有被任务 Task2占用， Task1 将直接获取资源。 如果信号量被 Task2 占用， 任务 Task1 将由运行态转到阻塞状态，等待资源可用。一旦获取了资源并使用完毕后会通过函数 xSemaphoreGive 释放掉资源。

 任务 Task2 运行过程中调用函数 xSemaphoreTake 获取信号量资源， 如果信号量没有被任务 Task1占用， Task2 将直接获取资源。 如果信号量被 Task1 占用， 任务 Task2 将由运行态转到阻塞状态，等待资源可用。一旦获取了资源并使用完毕后会通过函数 xSemaphoreGive 释放掉资源。

测试步骤：1.使用xSemaphoreCreateCounting初始化有一个可以资源

                  2.创建两个任务xSemaphoreTake 抢占信号量资源

                  3.通过串口接收指令xSemaphoreGive 释放信号量资源

        4.优先级高的先抢到信号量，使用完后释放，延迟短时间给低优先级任务有机会抢占信号量

四、FreeRTOS 中断方式计数信号量的实现

 运行条件：

 创建一个任务 Task1 和一个串口接收中断。

 信号量的初始值为 0，串口中断调用函数 xSemaphoreGiveFromISR 释放信号量， 任务 Task1 调用函数 xSemaphoreTake 获取信号量资源。

运行过程描述如下：

 任务 Task1 运行过程中调用函数 xSemaphoreTake， 由于信号量的初始值是 0，没有信号量资源可用，任务 Task1 由运行态进入到阻塞态。

 Task1 阻塞的情况下，串口接收到数据进入到了串口中断服务程序，在串口中断服务程序中调用函数xSemaphoreGiveFromISR 释放信号量资源，信号量数值加 1， 此时信号量计数值为 1，任务 Task1由阻塞态进入到就绪态，在调度器的作用下由就绪态又进入到运行态， 任务 Task1 获得信号量后，信号量数值减 1， 此时信号量计数值又变成了 0。

 再次循环执行时，任务 Task1 调用函数 xSemaphoreTake 由于没有资源可用再次进入到阻塞态，等待串口释放信号量资源，如此往复循环。

测试步骤：1.使用xSemaphoreCreateCounting初始化有一个可以资源

                  2.创建两个任务xSemaphoreTake 抢占信号量资源

 3.串口接收指令开启定时器，在定时器中断回调函数xSemaphoreGiveFromISR 释放信号量资源

 4.优先级高的先抢到信号量，使用完后释放，延迟短时间给低优先级任务有机会抢占信号量

五、二进制信号量API函数

1）函数 xSemaphoreCreateBinary 用于创建二值信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary(void);

返回一个可以引用该信号量的句柄 。

2）信号量的获取以及释放跟上面API一致

--用法与上面基本一致--

六、互斥信号量

1、概念及其作用

        互斥信号量的主要作用是对资源实现互斥访问， 使用二值信号量也可以实现互斥访问的功能，不过互斥信号量与二值信号量有区别。互斥信号量可以防止优先级翻转， 而二值信号量不支持。互斥信号量仅支持用在 FreeRTOS 的任务中，中断函数中不可使用。
 

2、函数 xSemaphoreCreateMutex 用于创建互斥信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void ) 

 返回值： 如果创建成功会返回互斥信号量的句柄。使用需要配置如下：

函数的释放以及获取API与上述一致，注意中断中不可用xSemaphoreGiveFromISR

 七、测试例程：

https://gitee.com/hutaooooooo/git_keil/tree/master/freetos_xSemaphoreCreate