FreeRTOS 互斥信号量

FreeRTOS 互斥信号量

一、FreeRTOS互斥信号量的基本概念

FreeRTOS中的互斥信号量是一种特殊的二进制信号量，用于实现任务间的互斥访问。它主要用于保护临界区代码，防止多个任务同时访问共享资源而导致的数据不一致问题。互斥信号量的工作机制基于“请求-授予”模型，即当一个任务需要访问共享资源时，会先请求互斥信号量，如果信号量可用（即当前没有任务持有信号量），则任务获得信号量并进入临界区；如果信号量不可用（即已有任务持有信号量），则任务会被阻塞，直到信号量被释放。

二、FreeRTOS互斥信号量的使用步骤

包含头文件：
在使用FreeRTOS互斥信号量之前，需要包含相应的头文件。通常，我们需要包含FreeRTOS.h和task.h头文件，以使用FreeRTOS提供的API函数。
定义互斥信号量：
使用xSemaphoreCreateMutex函数来创建一个互斥信号量。这个函数会返回一个信号量句柄，用于后续的信号量操作。
加锁与解锁：
在访问共享资源之前，任务需要使用xSemaphoreTake函数来获取互斥信号量（即加锁）。如果信号量不可用，任务会被阻塞，直到信号量被释放。完成共享资源的访问后，任务需要使用xSemaphoreGive函数来释放信号量（即解锁）。
销毁互斥信号量：
当不再需要使用互斥信号量时，可以使用vSemaphoreDelete函数来销毁它。注意，在销毁信号量之前，应确保没有任务持有该信号量。

xSemaphoreHandle xMutex = xSemaphoreCreateMutex();

// 加锁
if (xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
    // 访问共享资源
    // ...

    // 解锁
    xSemaphoreGive(xMutex);
}

vSemaphoreDelete(xMutex);

三、FreeRTOS互斥信号量实例分析

以下是一个简单的FreeRTOS互斥信号量使用实例，展示了如何在两个任务之间保护共享资源的访问。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"
// 共享资源
int sharedResource = 0;
// 互斥信号量句柄
xSemaphoreHandle xMutex;
// 任务1：增加共享资源值
void vTask1(void *pvParameters) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 加锁
        if (xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            // 访问共享资源
            sharedResource++;
            printf("Task1: sharedResource = %d\n", sharedResource);
            // 解锁
            xSemaphoreGive(xMutex);
            // 模拟任务处理时间
            vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS);
        }
    }
}
// 任务2：减少共享资源值
void vTask2(void *pvParameters) {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        // 加锁
        if (xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            // 访问共享资源
            sharedResource--;
            printf("Task2: sharedResource = %d\n", sharedResource);
            // 解锁
            xSemaphoreGive(xMutex);
            // 模拟任务处理时间
            vTaskDelay(150 / portTICK_PERIOD_MS);
        }
    }
}
int main(void) {
    // 创建互斥信号量
    xMutex = xSemaphoreCreateMutex();
    // 创建任务1和任务2
    xTaskCreate(vTask1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);
    xTaskCreate(vTask2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 2, NULL);
    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
    // 永远不会到达这里，因为调度器已经启动
    for (;;);
}

在这个实例中，我们创建了两个任务vTask1和vTask2，它们分别负责增加和减少共享资源sharedResource的值。为了确保对共享资源的独占访问，我们使用了互斥信号量xMutex。在访问共享资源之前，任务会先请求互斥信号量（加锁），完成访问后释放信号量（解锁）。这样，即使两个任务同时运行，也不会出现数据竞争问题。