一、二值信號量簡介

二值信號量的本質是一個隊列長度為 1 的隊列，該隊列就只有空和滿兩種情況，也就是 0 和 1。通常用于互斥訪問或任務同步，與互斥信號量比較類似，但是二值信號量有可能會導致優先級反轉問題，所以二值信號量更適用于同步。

二、二值信號量相關的API函數

使用二值信號量的過程：創建二值信號量 - 釋放信號量 - 獲取信號量。下面表格是二值信號量關于任務間的API函數

函數	描述
xSemaphoreCreateBinary( )	使用動態方式創建二值信號量
xSemaphoreCreateBinaryStatic( )	使用靜態方式創建二值信號量
xSemaphoreTake( )	獲取信號量
xSemaphoreGive( )	釋放信號量

2.1.動態方式創建二值信號量

動態創建的內存由 FreeRTOS 自動分配，靜態創建的內存是由用戶分配，該函數是一個宏，而且它與隊列所調用的函數xQueueGenericCreate( )是相同的，只不過最后一個參數不一樣：

#define xSemaphoreCreateBinary()            xQueueGenericCreate(( UBaseType_t ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE) 

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
NULL	創建失敗
其他值	創建成功返回二值信號量的句柄

2.2.獲取信號量

此函數用于獲取信號量，如果信號量處于沒有資源的狀態，那么此函數可以選擇將任務進行阻塞，如果成功獲取了信號量，那信號量的資源數將會減1，資源數就是操作xQueueSemaphoreTake( )里面的uxMessagesWaiting變量。該函數實際上是一個宏定義，在 semphr.h 文件中有定義，具體的代碼如下所示：

#define xSemaphoreTake(xSemaphore, xBlockTime)       xQueueSemaphoreTake((xSemaphore),   (xBlockTime)) 

下面表格是它的形參和描述：

形參	描述
xSemaphore	要獲得的信號量句柄
xBlockTime	阻塞時間

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
pdTRUE	獲取信號量成功
pdFALSE	超時，獲取信號量失敗

2.3.釋放信號量

此函數用于釋放信號量，如果信號量處于資源滿的狀態，那么此函數可續選擇將任務進行阻塞，如果成功釋放了信號量，那信號量的資源數將會加1。該函數實際上是一個宏定義，在 semphr.h 文件中有定義，具體的代碼如下所示：

#define xSemaphoreGive(xSemaphore)         xQueueGenericSend(( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ),    NULL,       semGIVE_BLOCK_TIME,       queueSEND_TO_BACK) 
#define semGIVE_BLOCK_TIME  ((TickType_t)0U)           					

下面表格是它的形參和描述：

形參	描述
xSemaphore	要釋放的信號量句柄

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
pdPASS	釋放信號量成功
errQUEUE_FULL	釋放信號量失敗

三、實驗

3.1.實驗設計

本實驗將設計三個任務：

• start_task：用來創建 task1 和 task2
• task1：用于按鍵掃描，當檢測到按鍵 KEY0 被按下時，釋放二值信號量
• task2：獲取二值信號量，當成功獲取后打印提示信息

3.2.軟件設計

在入口函數里面創建二值信號量：

void freertos_demo(void)
{semphr_handle = xSemaphoreCreateBinary();if(semphr_handle != NULL){printf("二值信號量創建成功\r\n");}xTaskCreate((TaskFunction_t)    start_task,(char*)             "start_task",(uint16_t)          START_TASK_STACK_SIZE,(void*)             NULL,(UBaseType_t)       START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*)     &start_task_handler);vTaskStartScheduler();  		
}

接下來編寫 task1：

void task1(void *pvParameters)
{uint8_t key = 0;BaseType_t err = 0;while(1){key = key_scan(0);if(key == KEY0_PRES){err = xSemaphoreGive(semphr_handle);if(err == pdPASS){printf("信號量釋放成功\r\n");}}}
}

接下來是 task2，里面實現了將時間限制在 3s 之內，如果 3s 之內不按下 KEY0 按鍵來釋放信號量，就提示超時多少次，直到按下按鍵才提示獲取信號量成功：

void task2(void *pvParameters)
{BaseType_t err = 0;uint8_t i = 0;while(1){err = xSemaphoreTake(semphr_handle, 3000);if(err == pdFALSE){printf("超時,%d\r\n",++i);}else if(err == pdTRUE){printf("獲取信號量成功\r\n");}}
}

下圖是結果圖，因為本實驗將 task2 的任務優先級設置為 3，task1 的任務優先級設置為 2，所以出現了先獲取信號量，再出現信號量釋放成功，當程序執行到 task1 的xSemaphoreGive( )函數，task2 就搶占了CPU了，導致還沒將 task1 的printf打印出來：