基本概念

互斥量又称互斥信号量（本质是信号量），是一种特殊的二值信号量
互斥量支持互斥量所有权、递归访问以及防止优先级翻转的特性，用于实现对临界资源（如显示器、打印机）的独占式访问。
任意时刻互斥量的状态只有两种，开锁或闭锁。
持有该互斥量的任务也能够重复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，信号量重复获取则会被挂起
互斥量与二值信号量最大的不同是：互斥量具有优先级继承机制，而信号量没有

优先级继承机制

优先级继承算法是指，暂时提高某个占有某种资源的低优先级任务的优先级，使之和所有等待该资源的任务中优先级最高那个任务的优先级相等，而当这个低优先级任务执行完毕释放该资源时，优先级重新回到初始设定值
优先级提升的过程叫做优先级继承

优先级翻转

高优先级任务无法运行而低优先级任务可以运行的现象称为“优先级翻转”

互斥量应用场景

可能会引起优先级翻转的情况
任务可能会多次获取互斥量的情况下。这样可以避免同一任务多次递归持有而造成死锁的问题
多任务环境下往往存在多个任务竞争同一临界资源的应用场景，互斥量可被用于对临界资源的保护从而实现独占式访问
例如串口资源的保护

函数

头文件

#include <semphr.h>

互斥量句柄

和消息队列一样

QueueHandle_t

控制块

互斥量控制块结构体与消息队列结构体是一模一样的，只不过结构体中某些成员变量代表的含义不一样而已

typedef struct QueueDefinition
{int8_t *pcHead;                    int8_t *pcTail;                 int8_t *pcWriteTo;              union                           {int8_t *pcReadFrom;            UBaseType_t uxRecursiveCallCount; //当结构体用于互斥量时，uxRecursiveCallCount 用于计数，记录递归互斥量被“调用”的次数} u;List_t xTasksWaitingToSend;       List_t xTasksWaitingToReceive;  volatile UBaseType_t uxMessagesWaiting;/* 这个值就表示有效互斥量个数，这个值是 1则表示互斥量有效，如果是 0 则表示互斥量无效*/UBaseType_t uxLength;          /*
如果控制块结构体被用于互斥量的时候，uxLength 表示最大的信号量可用个数，uxLength 最大为 1，因为信号量要么是有效的，要么是无效的*/UBaseType_t uxItemSize;          /*如果控制块结构体被用于互斥量的时候，则无需存储空间，为 0 即可。 */volatile int8_t cRxLock;        volatile int8_t cTxLock;        #if( ( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 ) && ( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 ) )uint8_t ucStaticallyAllocated;  #endif#if ( configUSE_QUEUE_SETS == 1 )struct QueueDefinition *pxQueueSetContainer;#endif#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )UBaseType_t uxQueueNumber;uint8_t ucQueueType;#endif} xQUEUE;

函数接口

创建互斥量xSemaphoreCreateMutex()

#define xSemaphoreCreateMutex() xQueueCreateMutex( queueQUEUE_TYPE_MUTEX )QueueHandle_t xQueueCreateMutex( const uint8_t ucQueueType )

递归互斥量创建函数 xSemaphoreCreateRecursiveMutex()

 #define xSemaphoreCreateRecursiveMutex() xQueueCreateMutex( queueQUEUE_TYPE_RECURSIVE_MUTEX )

互斥量删除函数 vSemaphoreDelete()

和信号量一样的函数

互斥量获取函数 xSemaphoreTake()

#define xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime )     xQueueGenericReceive( ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ), NULL, ( xBlockTime ), pdFALSE )

参数	说明
xSemaphore	信号量句柄
xBlockTime	等待信号量可用的最大超时时间，单位为 tick（即系统节拍周期）。如果宏 INCLUDE_vTaskSuspend 定义为 1 且形参xTicksToWait 设置为 portMAX_DELAY ，则任务将一直阻塞在该信号量上（即没有超时时间）
返回值	获取成功则返回 pdTRUE ，获取失败返回 errQUEUE_EMPTY。

递归互斥量获取函数 xSemaphoreTakeRecursive()

 #define xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, xBlockTime )   xQueueTakeMutexRecursive( ( xMutex ), ( xBlockTime ) )
/*。返回值                          获取成功则返回 pdTRUE，在超时之前没有获取成功则返回 errQUEUE_EMPTY。*/

参数	说明
xMutex	信号量句柄
xBlockTime	如果不是持有互斥量的任务去获取无效的互斥量，那么任务将进行等待用户指定超时时间，单位为 tick（即系统节拍周期）。如果宏 INCLUDE_vTaskSuspend 定义为 1 且形参 xTicksToWait 设置为portMAX_DELAY ，则任务将一直阻塞在该递归互斥量上（即没有超时时间）。
返回值	获取成功则返回 pdTRUE ，获取失败返回 errQUEUE_EMPTY。

互斥量释放函数 xSemaphoreGive()


BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t  xSemaphore )   #define xSemaphoreGive( xSemaphore )        xQueueGenericSend( ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ), NULL, semGIVE_BLOCK_TIME, queueSEND_TO_BACK )
/*
如果信号量满，则返回错误代码（err_QUEUE_FULL）
*/

递归互斥量释放函数 xSemaphoreGiveRecursive()

#define xSemaphoreGiveRecursive( xMutex )    xQueueGiveMutexRecursive( ( xMutex ) )

示例：
之前2个任务的优先级一样，导致就是发送信号任务要打印，接收信号端不打印，引入锁后问题解决

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include<bsp_key.h>
#include "semphr.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD *//* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV *//* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
static TaskHandle_t send_Task_Handle = NULL;
static TaskHandle_t recv_Task_Handle = NULL;
static SemaphoreHandle_t xsem=NULL;
static SemaphoreHandle_t xlock=NULL;static void recv_Task(void * param)
{uint32_t data1;while (1){if(pdTRUE==xSemaphoreTake(xsem,portMAX_DELAY)){xSemaphoreTake(xlock,portMAX_DELAY );printf("take sem\r\n");xSemaphoreGive(xlock);HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin);}}}static void send_Task(void * param)
{uint32_t data1=10;while (1){if(Key_Scan(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin)==KEY_ON){xSemaphoreGive(xsem);xSemaphoreTake(xlock,portMAX_DELAY );printf("give sem\r\n");xSemaphoreGive(xlock);}vTaskDelay(100);}}/* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */printf("hello FreeRTOS\r\n");//xqueue =  xQueueCreate(10, 4);xsem = xSemaphoreCreateBinary();xlock = xSemaphoreCreateMutex();if(xsem==NULL){printf("create queue fail\r\n");}BaseType_t        xReturn;xReturn             = xTaskCreate((TaskFunction_t) recv_Task, /* 任务入口函数 */(const char *) "recv_Task",                    /* 任务名字 */(uint16_t) 512,                               /* 任务栈大小 */(void *) NULL,                                   /* 任务入口函数参数 */(UBaseType_t) 2,                              /* 任务的优先级 */(TaskHandle_t *) &recv_Task_Handle);            /* 任务控制块指针 */xReturn            = xTaskCreate((TaskFunction_t) send_Task, /* 任务入口函数 */(const char *) "send_Task",                    /* 任务名字 */(uint16_t) 512,                               /* 任务栈大小 */(void *) NULL,                                   /* 任务入口函数参数 */(UBaseType_t) 2,                              /* 任务的优先级 */(TaskHandle_t *) &send_Task_Handle);            /* 任务控制块指针 */if (pdPASS == xReturn)vTaskStartScheduler(); /* 启动任务，开启调度 *//* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin);HAL_Delay(50);}/* USER CODE END 3 */
}

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递归互斥量释放函数 xSemaphoreGiveRecursive()

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