FreeRTOS—信号量

一、信号量的简介

在 FreeRTOS 中，信号量（Semaphore）是一种用于任务间同步和资源管理的核心机制，主要用于控制对共享资源的访问、任务间的通信以及事件通知。信号量是队列的衍生，队列是传输数据，信号量是传输状态。FreeRTOS 提供了多种信号量类型，每种适用于不同的场景。下面详细介绍 FreeRTOS 信号量的类型、使用方法和典型应用。

二、信号量的类型

1.1.二值信号量（Binary Semaphore）

• 行为：类似一个标志位，只有 0 和 1 两种状态
• 用途：任务同步（如中断服务程序 ISR 通知任务）；简单的互斥访问（但优先级反转问题需谨慎处理）
• 特点：不可递归获取（同一任务重复获取会死锁）；通常用于事件通知而非资源计数。

1.2.计数信号量（Counting Semaphore）

• 行为：允许信号量值大于 1，表示可用资源的数量
• 用途：管理有限数量的资源（如缓冲区池、连接池）；事件分组（记录多个事件的发生次数）
• 特点：初始值可设为最大资源数；获取信号量时值减 1，释放时加 1

1.3.互斥信号量（Mutex Semaphore）

• 行为：特殊的二进制信号量，支持优先级继承（Priority Inheritance）机制
• 用途：保护共享资源，防止多任务同时访问（如全局变量、外设）
• 特点：同一任务可递归获取（避免自死锁）；解决优先级反转问题（低优先级任务持有锁时，临时提升其优先级）

1.4.递归互斥信号量（Recursive Mutex）

• 行为：允许同一任务多次获取同一互斥锁，需相同次数释放
• 用途：递归函数或嵌套调用中保护资源
• 特点：仅由获取锁的任务释放，避免其他任务误操作

三、信号量与队列的对比

队列	信号量
可以容纳多个数据；创建队列有两部分内存：队列结构体 + 队列项存储空间	仅存放计数值，无法存放其他数据；创建信号量，只需分配信号量结构体
写入队列：当队列满时，可阻塞	释放信号量：不可阻塞，计数值++；当计数值为最大时，返回失败
读取队列：当队列为空时，可阻塞	获取信号量：计数值–；当没有资源时，可阻塞