FreeRTOS学习——同步互斥

最新推荐文章于 2025-09-13 23:36:24 发布

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#学习

本文详细介绍了FreeRTOS中的同步与互斥概念，通过实例展示了有缺陷的同步和互斥问题，并提供优化方案，强调了正确使用FreeRTOS提供的同步机制如信号量、互斥量和队列的重要性。

FreeRTOS学习——同步互斥

一、概念

1.1 同步

在FreeRTOS中，同步是指任务之间按照某种规则进行协调和按序执行的过程。其目的是保证任务或线程之间的有序交互，使它们能够按照预期的顺序完成各自的操作或实现特定的约束条件。常见的同步场景包括等待其他任务完成、等待某个条件满足、协调任务之间的依赖关系等。

FreeRTOS提供了多种同步机制，例如信号量、互斥量、消息队列等，用于实现任务之间的同步。这些机制可以帮助任务之间进行协作，以确保它们按照一定的顺序、时机和约束进行执行。

同步机制在FreeRTOS中非常重要，因为它们可以确保系统的正确性和稳定性。如果没有同步机制，任务之间可能会出现竞争条件，导致系统行为不可预测。通过使用同步机制，FreeRTOS可以确保任务之间的正确交互，从而提高系统的可靠性和性能。

1.2 互斥

FreeRTOS中，互斥是一种同步机制，用于保护共享资源，确保任务访问这些资源时的原子性，避免数据错误。具体来说，互斥是指在多任务环境中，运行特定代码段时确保数据的一致性和完整性，避免多个任务同时访问和修改共享资源导致错误的发生。它通过互斥量（又称互斥信号量）来实现，互斥量是一种特殊的二值信号量，用于实现对临界资源的独占式处理。任意时刻互斥量的状态只有两种，开锁或闭锁。当互斥量被任务持有时，该互斥量处于闭锁状态，这个任务获得互斥量的所有权。当该任务释放这个互斥量时，该互斥量处于开锁状态，任务失去该互斥量的所有权。当一个任务持有互斥量时，其他任务将不能再对该互斥量进行开锁或持有。持有该互斥量的任务也能够再次获得这个锁而不被挂起，这就是递归访问，也就是递归互斥量的特性。

一句话理解同步与互斥：我等你用完厕所，我再用厕所。

什么叫同步？就是：哎哎哎，我正在用厕所，你等会。

什么叫互斥？就是：哎哎哎，我正在用厕所，你不能进来。

同步与互斥经常放在一起讲，是因为它们之的关系很大， “互斥”操作可以使用“同步”来实现。我“等”你用完厕所，我再用厕所。这不就是用“同步”来实现“互斥”吗？

二、示例——有缺陷的同步

实验目的：计算ul变量累加到1000000需要多长时间

具体实现：

创建2个Task，定义一个全局变量taskFlag，当taskFlag等于1时表示Task1正在运行，当taskFlag等于0时表示Task2正在运行

Task1：

Task1中定义一个累加变量ul
第一次运行Task1（开始累加ul）时记录系统此刻tick时间vstartTime
当ul>1000000（ul累加完毕）时记录系统此刻tick时间vendTime
累加完毕后将累加结束标志endFlag置位，将vendTime-vstartTime时间赋值给全局变量vtotleTime

Task2：

判断全局变量endFlag是否置位
若endFlag置位，打印出vtotleTime

实验代码：

#define mainDELAY_LOOP_COUNT 1000000

volatile TickType_t vtotleTime;
volatile TickType_t vstartTime = 0, vendTime = 0;
volatile bool endFlag = FALSE;
volatile bool endLock = FALSE;
volatile uint8_t taskFlag = 0;

void vTask1( void *pvParameters )
{
   
   
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	vstartTime = xTaskGetTickCount();
	/* 打印任务1的信息 */
	printf( "Count start: %d\r\n",vstartTime );	

	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
   
   	
		/* 表示Task1在运行 */
		taskFlag = 1;

		/* 延迟一会(比较简单粗暴) */
		if(endLock == FALSE)
		{
   
   
			ul++;

			if((ul > mainDELAY_LOOP_COUNT)  && (endFlag != TRUE))
			{
   
   
				endFlag = TRUE;
				vendTime = xTaskGetTickCount();
				vtotleTime = vendTime - vstartTime;
				vTaskDelay(10);
			}
		}		
	}
}

void vTask2( void *pvParameters )
{
   
   
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )