FreeRTOS学习---“信号量”篇

总目录

FreeRTOS学习—“任务”篇
FreeRTOS学习—“消息队列”篇
FreeRTOS学习—“信号量”篇
FreeRTOS学习—“事件组”篇
FreeRTOS学习—“定时器”篇

在“消息队列”篇中，我们曾经埋下一个伏笔，就是说，FreeRTOS中任务见的消息传递及同步，都是通过消息队列，难道通过全局变量不行吗？
答案是可以，不过这样会造成响应不及时，如果用全局变量，只能去轮询，必然会损失一定的时间，才能判断结果

那用信号量行不行啊？
当然行了，只不过，FreeRTOS中信号量的实现，也是通过消息队列做到的

二进制信号量

二值信号量比较直观，类似于红绿灯，创建的时候，默认是红灯的，其他任务都得不到这个信号量的，只有give之后才能变成绿灯，其他任务才能得到信号量，得以运行。（本质上，信号量是用队列实现的）上面是类比，在代码中，创建的时候，初始值是0，give是相当于将计数值设置为1，take后相当于将计数值清0。

demo程序

下面的程序创建了一个二值信号量，例如我们去操作某些硬件，读取I2C之类的，某一时刻，应该是只允许一个任务去操作，无论是读还是写，所以需要用这个信号量去控制一下，并且操作完之后，要及时让出CPU，使得其他任务能够得到信号量。

SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;// A task that uses the semaphore.
void WriteSomethingTask( void * pvParameters )
{long lValueToSend; /* 该任务会被创建两个实例，所以写入队列的值通过任务入口参数传递 – 这种方式使得每个实例使用不同的值。队列创建时指定其数据单元为long型，所以把入口参数强制转换为数据单元要求的类型 */ lValueToSend = ( long ) pvParameters; for(;;){if( xSemaphore != NULL ){if( xSemaphoreTake(xSemaphore,( TickType_t ) 10 ) == pdTRUE ){printf("tast:%ld get signal ,keep it 2 seconds\n",lValueToSend);{//my workvTaskDelay(2000 / portTICK_PERIOD_MS); }xSemaphoreGive(xSemaphore);taskYIELD(); }else{}}}
}void app_main(void)
{ // Semaphore cannot be used before a call to xSemaphoreCreateBinary().// This is a macro so pass the variable in directly.xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();if( xSemaphore != NULL ){xSemaphoreGive(xSemaphore);xTaskCreate(WriteSomethingTask, "write1", 1000, ( void * ) 1, 1, NULL ); xTaskCreate(WriteSomethingTask, "write2", 1000, ( void * ) 2, 1, NULL ); xTaskCreate(WriteSomethingTask, "write3", 1000, ( void * ) 3, 1, NULL ); }
}

创建二值信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void )

参数	含义
返回值	NULL 表示没有足够的堆空间分配给信号量而导致创建失败。
	非 NULL 值表示信号量创建成功。此返回值应当保存下来，以作为操作此信号量的句柄。

二值信号量减一

portBASE_TYPE xSemaphoreTake( xSemaphoreHandle xSemaphore, portTickType xTicksToWait );

参数	含义
xSemaphore	获取得到的信号量，信号量由定义为 xSemaphoreHandle 类型的变量引用。信号量在使用前必须先创建。
xTicksToWait	阻塞超时时间。任务进入阻塞态以等待信号量有效的最长时间。如果 xTicksToWait 为 0，则 xSemaphoreTake()在信号量无效时会立即返回。阻塞时间是以系统心跳周期为单位的，所以绝对时间取决于系统心跳频率。常量 portTICK_RATE_MS 可以用来把心跳时间单位转换为毫秒时间单位。如果把 xTicksToWait 设置为 portMAX_DELAY ，并且在FreeRTOSConig.h 中设定 INCLUDE_vTaskSuspend 为 1，那么阻塞等待将没有超时限制。
返回值	有两个可能的返回值:
	1. pdPASS 只有一种情况会返回 pdPASS，那就是成功获得信号量。如果设定了阻塞超时时间(xTicksToWait 非 0)，在函数返回之前任务将被转移到阻塞态以等待信号量有效。如果在超时到来前信号量变为有效，亦可被成功获取，返回 pdPASS。
	2. pdFALSE 未能获得信号量。如果设定了阻塞超时时间（xTicksToWait 非 0），在函数返回之前任务将被转移到阻塞态以等待信号量有效。但直到超时信号量也没有变为有效，所以不会获得信号量，返回 pdFALSE。

下面函数专门用于中断下的信号量获取

portBASE_TYPE xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphoreHandle xSemaphore, portBASE_TYPE *pxHigherPriorityTaskWoken );

参数	含义
xSemaphore	给出的信号量，信号量由定义为 xSemaphoreHandle 类型的变量引用。信号量在使用前必须先创建。
pxHigherPriorityTaskWoken	对某个信号量而言，可能有不止一个任务处于阻塞态在等待其有效。调用 xSemaphoreGiveFromISR()会让信号量变为有效，所以会让其中一个等待任务切出阻塞态。如果调用 xSemaphoreGiveFromISR()使得一个任务解除阻塞，并且这个任务的优先级高于当前任务(也就是被中断的任务)，那么 xSemaphoreGiveFromISR()会在函数内部将 *pxHigherPriorityTaskWoken 设为pdTRUE。如果 xSemaphoreGiveFromISR() 将此值设为pdTRUE，则在中断退出前应当进行一次上下文切换。这样才能保证中断直接返回到就绪态任务中优先级最高的任务中。
返回值	有两个可能的返回值:
	1. pdPASS xSemaphoreGiveFromISR()调用成功。
	2. pdFAIL 如果信号量已经有效，无法给出，则返回 pdFAIL。

二值信号量加一

void xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore )

参数	含义
xSemaphore	目标信号量的句柄。这个句柄即是调用 xSemaphoreCreateBinary()创建该信号量时的返回值。

多值信号量

在中断不频繁的系统中，使用二值信号量没有问题，但是中断频繁发生时，则会有中断丢失的问题。因为中断发生时延迟任务执行，延迟任务执行的过程中，如果又来了两次中断，则只会处理第一次，第二次将会丢失。为此引入多值信号量来处理这个问题。

demo

这个demo模拟的是两个任务增加信号量，一个任务处理信号，就类似于接受多个消息，处理多次，然后不丢失记录。

SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;// A task that uses the semaphore.
void WriteSomethingTask1( void * pvParameters )
{int countme=0;for(;;){printf("write1 %d\n",countme++);xSemaphoreGive(xSemaphore);vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS); taskYIELD(); }
}
// A task that uses the semaphore.
void WriteSomethingTask2( void * pvParameters )
{int countme=0;for(;;){printf("write2 %d\n",countme++);xSemaphoreGive(xSemaphore);vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS); taskYIELD(); }
}// A task that uses the semaphore.
void ReadSomethingTask( void * pvParameters )
{int countme=0;for(;;){if(xSemaphoreTake(xSemaphore,( TickType_t ) 0 ) == pdTRUE ){printf("read %d\n",countme++);}else{}vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS); taskYIELD(); }
}void app_main(void)
{ xSemaphore = xSemaphoreCreateCounting( 10, 0 );if( xSemaphore != NULL ){xTaskCreate(WriteSomethingTask1, "write1", 1000, NULL, 1, NULL ); xTaskCreate(WriteSomethingTask2, "write2", 1000, NULL, 1, NULL ); xTaskCreate(ReadSomethingTask, "read", 1000, NULL, 1, NULL ); }
}

多值信号量创建

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting(UBaseType_t uxMaxCount, UBaseType_t uxInitialCount )

参数	含义
uxMaxCount	多值信号量最大值。
uxInitialCount	多值信号量初始值。
返回值	NULL 表示没有足够的堆空间分配给信号量而导致创建失败。
	非 NULL 值表示信号量创建成功。此返回值应当保存下来，以作为操作此信号量的句柄。

其他操作与二值信号量函数一样。

互斥信号量

互斥量是一种特殊的二值信号量，用于控制在两个或多个任务间访问共享资源。单词MUTEX(互斥量)源于”MUTual EXclusion”。
在用于互斥的场合，互斥量从概念上可看作是与共享资源关联的令牌。一个任务想要合法地访问资源，其必须先成功地得到(Take)该资源对应的令牌(成为令牌持有者)。当令牌持有者完成资源使用，其必须马上归还(Give)令牌。只有归还了令牌，其它任务才可能成功持有，也才可能安全地访问该共享资源。一个任务除非持有了令牌，否则不允许访问共享资源。

如果某资源同时只准一个任务访问，可以用互斥量保护这个资源。这个资源一定是存在的，所以创建互斥量时会先释放一个互斥量，表示这个资源可以使用。任务想访问资源时，先获取互斥量，等使用完资源后，再释放它。也就是说互斥量一旦创建好后，要先获取，后释放，要在同一个任务中获取和释放。这也是互斥量和二进制信号量的一个重要区别，二进制信号量可以在随便一个任务中获取或释放，然后也可以在任意一个任务中释放或获取。互斥量不同于二进制信号量的还有：互斥量具有优先级继承机制，二进制信号量没有，互斥量不可以用于中断服务程序，二进制信号量可以。

简单说就是谁用谁释放。

demo

两个写任务，只有一个能写临界资源，所以用互斥信号量来控制。自己抢自己释放，这就是互斥。

SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;void WriteSomethingTask1( void * pvParameters )
{for(;;){xSemaphoreTake(xSemaphore,portMAX_DELAY);printf("WriteSomethingTask1 work\n");xSemaphoreGive(xSemaphore);vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS); }}
void WriteSomethingTask2( void * pvParameters )
{for(;;){xSemaphoreTake(xSemaphore,portMAX_DELAY);printf("WriteSomethingTask2 work\n");xSemaphoreGive(xSemaphore);vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS); }}void app_main(void)
{ xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();if( xSemaphore != NULL ){xSemaphoreGive(xSemaphore);xTaskCreate(WriteSomethingTask1, "write1", 1000, NULL, 1, NULL ); xTaskCreate(WriteSomethingTask2, "write2", 1000, NULL, 1, NULL ); }
}

互斥信号量创建

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void )

参数	含义
返回值	NULL 表示没有足够的堆空间分配给信号量而导致创建失败。
	非 NULL 值表示信号量创建成功。此返回值应当保存下来，以作为操作此信号量的句柄。

异常错误

在某次测试中，发现这个看门狗的报错，随机出现了程序重启，这个是因为有任务一直在运行，导致看门狗没有喂养，所以要保证每个任务，都有适当的休息时间。

结束语

闻听后面的小区有人坠楼身亡了，真是挺惋惜的，大过年的，现场也没有个家人，感觉像是意外，有人说是抑郁症，抑郁症这个名字听起来总感觉很轻微，为啥不叫病呢，起码能让人重视起来啊。哎，前几天的腾讯员工，也是如此。

轻度抑郁症长期表现为有情绪低落、不合群、离群、躯体不适、食欲不振及睡眠障碍。
自我缓解方法有：
平时多学习技术坚持锻炼、努力多外出交际：
多观察多了解、平时整理好自己的想法写出来、多阅读书籍。

看见没，多学习技术，放在第一行了。老师我一直让你们多学习，是在帮你们远离疾病，那你们多学习，就是在自救。

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