【FreeRTOS-信號量】

參照正點原子以及以下gitee筆記整理本博客，并將實驗結果附在文末。
https://gitee.com/xrbin/FreeRTOS_learning/tree/master

一、信號量簡介

1、什么是信號量

答：信號量是一種解決同步問題的機制，可以實現對共享資源的有序訪問。

假設有一個人需要在停車場停車。
在這里插入圖片描述

  • 空車位：信號量資源數(計數值)
  • 讓出占用車位： 釋放信號量(計數值++)
  • 占用車位： 獲取信號量(計數值–)
  1. 首先判斷停車場是否還有空車位(判斷信號量是否有資源)。
  2. 停車場正好有空車位(信號量有資源)，那么就可以直接將車開入停車位進行停車(獲取信號量成功)。
  3. 停車場已經沒有空車位了(信號量沒有資源)，那么可以選擇不停車(獲取信號量失敗)，也可以選擇等待(任務阻塞)其他人將車開出停車位(釋放信號)，然后在將車停如空車位。

2、信號量簡介

答：
在這里插入圖片描述- 當計數值大于0，表示有信號量資源。

  • 當釋放信號量，信號量計數值(資源數)加一。
  • 當獲取信號量，信號量計數值(資源數)減一。
  • 信號量的計數值都是有限的：限定最大值。
  • 如果最大值被限定為1，那么它就是二值信號量。
  • 如果最大值不是1，它就是計數型信號量。

注意：信號量用于傳遞狀態。

3、隊列與信號量的對比

答：
在這里插入圖片描述

二、二值信號量

1、二值信號量介紹

答：二值信號量的本質是一個隊列長度等于1的隊列，該隊列就只有空和滿兩種情況。這就是二值信號量。

注意：二值信號量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翻轉的問題，所以二值信號量更適合用于同步！！！
在這里插入圖片描述

2、二值信號量相關API函數

答：使用二值信號量的過程：創建二值信號量 -> 釋放二值信號量 -> 獲取二值信號量
在這里插入圖片描述

3、創建二值信號量函數

答：創建二值信號量函數：

SemaphoreHandle_t  xSemaphoreCreateBinary( void );

#define   xSemaphoreCreateBinary()
xQueueGenericCreate(1 , semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE)  /*二值信號量就是長度為1的隊列、semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH隊列項大小是0，queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE表示二值信號量類型*/
#define   semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH   (( uint8_t ) 0U)

#define   queueQUEUE_TYPE_BASE                           ( ( uint8_t ) 0U ) /* 隊列 */
#define   queueQUEUE_TYPE_SET                            ( ( uint8_t ) 0U ) /* 隊列集 */
#define   queueQUEUE_TYPE_MUTEX                          ( ( uint8_t ) 1U ) /* 互斥信號量 */
#define   queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE             ( ( uint8_t ) 2U ) /* 計數型信號量 */
#define   queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE               ( ( uint8_t ) 3U ) /* 二值信號量 */
#define   queueQUEUE_TYPE_RECURSIVE_MUTEX                ( ( uint8_t ) 4U ) /* 遞歸互斥信號量 */

返回值：
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4、釋放二值信號量函數

答：釋放二值信號量函數：

BaseType_t   xSemaphoreGive( xSemaphore ) 

#define   xSemaphoreGive ( xSemaphore )
xQueueGenericSend((QueueHandle_t)( xSemaphore ), NULL, semGIVE_BLOCK_TIME, queueSEND_TO_BACK) /*句柄，NULL表示數據，阻塞時間為0，尾部插入*/
#define   semGIVE_BLOCK_TIME       ( ( TickType_t ) 0U )

函數參數：
在這里插入圖片描述
函數返回值：
在這里插入圖片描述

5、獲取二值信號量函數

答：獲取二值信號量函數：

BaseType_t   xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime )

函數參數：
在這里插入圖片描述
函數返回值：
在這里插入圖片描述

三、計數型信號量

1、計數型信號量介紹

答：計數型信號量相當于隊列長度大于1的隊列，因此計數型信號量能夠容納多個資源（計數值），這在計數型信號量被創建的時候確定的。

計數型信號量適用場合：

  • 事件計數 ： 當每次事件發生后，在事件處理函數中釋放計數型信號量(計數值+1)，其他任務會獲取計數型信號量(計數值-1)，這種場合一般在創建時將初始化計數值設置為0.
  • 資源管理 ： 信號量表示有效資源數量。任務必須先獲取信號量(信號計數值-1)才能獲取資源控制權。當計數值減為0時表示沒有資源。當任務使用完資源后，必須釋放信號量(信號量計數值+1)。信號量創建時計數值應等于最大資源數目。

注意：事件計數和資源管理的區別在于信號計數值的初始值不同。

2、計數型信號量相關API函數

答：使用計數型信號量的過程：創建計數型信號量 -> 釋放信號量 -> 獲取信號量

在這里插入圖片描述
注意：計數型信號量的釋放與獲取的函數和二值信號量一樣。

3、計數型信號量創建函數

答：

#define 	xSemaphoreCreateCounting( uxMaxCount , uxInitialCount )xQueueCreateCountingSemaphore( ( uxMaxCount ) , ( uxInitialCount ) )

函數參數：
在這里插入圖片描述
資源數取決于設置的初始計數值！

函數返回值：
在這里插入圖片描述

4、獲取計數型信號量計數值函數

答：

#define 	uxSemaphoreGetCount( xSemaphore ) uxQueueMessagesWaiting(( QueueHandle_t )( xSemaphore ))

函數參數：
在這里插入圖片描述
函數返回值：
在這里插入圖片描述

四、優先級翻轉介紹

1、優先級翻轉簡介

答：優先級翻轉：高優先級的任務反而慢執行，低優先級的任務反而優先執行。

優先級翻轉在搶占式內核中是非常常見的，但是在實時操作系統中是不允許出現優先級翻轉的，因為優先級翻轉會破壞任務的預期順序，可能會導致未知的嚴重后果。

在使用二值信號量的時候，經常會遇到優先級翻轉的問題。

2、優先級翻轉的例子

答：
在這里插入圖片描述
高優先級任務被低優先級任務阻塞，導致高優先級任務遲遲得不到調度。但其他中等優先級的任務卻能搶到CPU資源。從現象上看，就像是中等優先級的任務比高優先級任務具有更高的優先權(即優先級翻轉)。

五、互斥信號量

1、互斥信號量介紹

答：互斥信號量其實就是一個 擁有優先級翻轉的二值信號量。

  • 二值信號量更適用于同步的應用。
  • 互斥信號量更適合那些需要互斥訪問的應用(資源緊缺，需要資源保護)。

2、什么是優先級繼承

答：當一個互斥信號量正在被一個低優先級的任務持有時，如果此時有一個高優先級的任務也嘗試獲取這個互斥信號量，那么這個高優先級的任務就會被阻塞。不過這個高優先級的任務會將低優先級任務的優先級提升到與自己相同的優先級。

3、優先級繼承示例

答：

在這里插入圖片描述
變為
在這里插入圖片描述
此時任務H的阻塞時間僅僅是任務L的執行時間，將優先級翻轉的危害降低到了最低。

4、互斥信號量的注意事項

答：優先級繼承并不能完全的消除優先級翻轉的問題，它只是盡可能的降低優先級翻轉帶來的影響。

注意：互斥信號量不能用于中斷服務函數中，原因如下：

  1. 互斥信號量有任務優先級繼承的機制，但是中斷不是任務，沒有任務優先級，所以互斥信號量只能用于任務中，不能用于中斷服務函數中。
  2. 中斷服務函數中不能因為要等待互斥信號量而設置阻塞時間進入阻塞態。

5、互斥信號量相關API函數

答：使用互斥信號量：首先將宏configUSE_MUTEXES置1.

使用流程：創建互斥信號量 -> (task)獲取信號量 -> (give)釋放信號量

創建互斥信號量函數：
在這里插入圖片描述
互斥信號量的釋放和獲取函數與二值信號量相同！！！只不過互斥信號量不支持中斷中調用。

注意：創建互斥信號量時，會主動釋放一次信號量。而二值信號量需要在創建完后進行手動釋放，才能獲取該信號量。
在這里插入圖片描述

6、創建互斥信號量函數

答：

xxxxxxxxxx1 1#define   xSemaphoreCreateMutex()      xQueueCreateMutex( queueQUEUE_TYPE_MUTEX )

函數返回值：
在這里插入圖片描述
注意：

釋放信號量不支持設置阻塞時間；

獲取信號量支持設置阻塞時間；

六、二值信號量實驗（掌握）

實驗簡介

在這里插入圖片描述

實驗現象

在這里插入圖片描述
二值信號量狀態變化：

1、創建信號量后的初始狀態

semphore_handle = xSemaphoreCreateBinary();

  • 初始狀態：0（空狀態）

  • 剛創建的二值信號量是空的，沒有可用的信號

2、釋放信號量(Give)

xSemaphoreGive(semphore_handle);

  • 狀態變化：0 → 1（空狀態 → 滿狀態）

  • 釋放信號量使其變為可用狀態

3、獲取信號量（take）

xSemaphoreTake(semphore_handle, portMAX_DELAY);

在這里插入圖片描述

部分實驗代碼

/******************************************************************************************************* @file        freertos.c* @author      正點原子團隊(ALIENTEK)* @version     V1.4* @date        2022-01-04* @brief       FreeRTOS 移植實驗* @license     Copyright (c) 2020-2032, 廣州市星翼電子科技有限公司***************************************************************************************************** @attention** 實驗平臺:正點原子 探索者F407開發板* 在線視頻:www.yuanzige.com* 技術論壇:www.openedv.com* 公司網址:www.alientek.com* 購買地址:openedv.taobao.com******************************************************************************************************/#include "freertos_demo.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*//* START_TASK 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define START_TASK_PRIO  1
#define START_TASK_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t start_task_handle;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define TASK1_PRIO  2
#define TASK1_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t task1_handle;
void task1(void * pvParameters);/* TASK2 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define TASK2_PRIO  3
#define TASK2_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t task2_handle;
void task2(void * pvParameters);
QueueHandle_t semphore_handle;/******************************************************************************************************//*** @brief       FreeRTOS例程入口函數* @param       無* @retval      無*/
void freertos_demo(void)
{    semphore_handle = xSemaphoreCreateBinary();if(semphore_handle != NULL){printf("二值信號量創建成功\r\n");}xTaskCreate( (TaskFunction_t        )   start_task,(char *                )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &start_task_handle);//開啟任務調度器vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();                     /*進入臨界區，任務切換不會進行*/xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     task1,(char *                )   "task1",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK1_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &task1_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     task2,(char *                )   "task2",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK2_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &task2_handle);vTaskDelete( NULL );taskEXIT_CRITICAL();                       /*退出臨界區，才會開始任務切換*//*簡單而言，臨界區保護，就是保護那些不想被打斷的從程序段							 */							 }/* 任務一，釋放二值信號量 */
void task1(void * pvParameters)
{uint8_t key = 0;BaseType_t ERR;while(1){ key = key_scan(0);if(key == KEY0_PRES){if(semphore_handle != NULL){ERR = xSemaphoreGive(semphore_handle);if(ERR == pdPASS){printf("信號量釋放成功!!\r\n");}else{printf("信號量釋放失敗!!\r\n");}}}vTaskDelay(10);}
}/* 任務二，獲取二值信號量 */
void task2(void * pvParameters)
{uint32_t i = 0;while(1){xSemaphoreTake(semphore_handle,portMAX_DELAY); /* 獲取信號量并死等 */printf("獲取信號量成功:%d！！\r\n",++i);}
}

七、計數型信號量實驗（掌握）

實驗簡介

在這里插入圖片描述

實驗現象

在這里插入圖片描述

  1. 信號量創建

  • 創建最大計數值為100的計數型信號量

  • 初始計數值為0

  1. 任務分工

  • Task1（優先級2）：監聽按鍵，釋放信號量

  • Task2（優先級3）：獲取信號量，打印計數值

  1. 工作流程

  • Task2在xSemaphoreTake()處阻塞等待，因為初始計數為0

  • 用戶按下KEY0按鍵，Task1調用xSemaphoreGive()釋放信號量，計數+1

  • Task2獲取到信號量，計數-1，打印當前計數值

  • Task2延時1秒后繼續循環

部分實驗代碼

/******************************************************************************************************* @file        freertos.c* @author      正點原子團隊(ALIENTEK)* @version     V1.4* @date        2022-01-04* @brief       FreeRTOS 移植實驗* @license     Copyright (c) 2020-2032, 廣州市星翼電子科技有限公司***************************************************************************************************** @attention** 實驗平臺:正點原子 探索者F407開發板* 在線視頻:www.yuanzige.com* 技術論壇:www.openedv.com* 公司網址:www.alientek.com* 購買地址:openedv.taobao.com******************************************************************************************************/#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include "freertos_demo.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*//* START_TASK 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t start_task_handle;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK1_PRIO              2
#define TASK1_STACK_SIZE        128
TaskHandle_t task1_handle;
void task1(void * pvParameters);/* TASK2 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK2_PRIO              3
#define TASK2_STACK_SIZE        128
TaskHandle_t task2_handle;
void task2(void * pvParameters);/* 計數型信號量句柄 */
SemaphoreHandle_t Count_semphore_handle;/* 統計信息 */
static uint32_t semaphore_give_count = 0;      /* 釋放次數統計 */
static uint32_t semaphore_take_count = 0;      /* 獲取次數統計 *//******************************************************************************************************//*** @brief       FreeRTOS例程入口函數* @param       無* @retval      無*/
void freertos_demo(void)
{    /* 創建計數型信號量：最大計數100，初始值0 */Count_semphore_handle = xSemaphoreCreateCounting(100, 0);if(Count_semphore_handle != NULL){printf("計數型信號量創建成功\r\n");printf("最大計數值: 100, 初始計數值: 0\r\n");}else{printf("計數型信號量創建失敗\r\n");return;}/* 創建啟動任務 */xTaskCreate( (TaskFunction_t        )   start_task,(char *                )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &start_task_handle);/* 開啟任務調度器 */vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();                     /* 進入臨界區，任務切換不會進行 *//* 創建任務1：信號量釋放任務 */xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     task1,(char *                )   "semaphore_give_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK1_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &task1_handle);/* 創建任務2：信號量獲取任務 */                 xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     task2,(char *                )   "semaphore_take_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   TASK2_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &task2_handle);printf("所有任務創建完成\r\n");printf("按下KEY0釋放信號量\r\n");vTaskDelete( NULL );                      /* 刪除啟動任務 */taskEXIT_CRITICAL();                      /* 退出臨界區，才會開始任務切換 */
}/* 任務一，釋放計數型信號量 */
void task1(void * pvParameters)
{uint8_t key = 0;BaseType_t result;while(1){ key = key_scan(0);if(key == KEY0_PRES){if(Count_semphore_handle != NULL){result = xSemaphoreGive(Count_semphore_handle);  /* 釋放信號量 */if(result == pdPASS){semaphore_give_count++;printf("釋放成功 [第%lu次] 當前計數值: %u\r\n", semaphore_give_count, (unsigned int)uxSemaphoreGetCount(Count_semphore_handle));}else{printf("釋放失敗 - 信號量已達最大值\r\n");}}}vTaskDelay(10);  /* 10ms延時，避免按鍵抖動 */}
}/* 任務二，獲取計數型信號量 */
void task2(void * pvParameters)
{BaseType_t result;while(1){/* 獲取信號量，最大等待時間5秒 */result = xSemaphoreTake(Count_semphore_handle, pdMS_TO_TICKS(5000));if(result == pdPASS){semaphore_take_count++;printf("獲取成功 [第%lu次] 剩余計數值: %u\r\n", semaphore_take_count,(unsigned int)uxSemaphoreGetCount(Count_semphore_handle));/* 顯示統計信息 */printf("統計 - 釋放: %lu次, 獲取: %lu次\r\n", semaphore_give_count, semaphore_take_count);}else{printf("獲取超時 - 5秒內未獲取到信號量\r\n");}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));  /* 1000ms延時 */}
}

八、優先級翻轉實驗（掌握）

實驗簡介

在這里插入圖片描述

實驗現象

在這里插入圖片描述
在這里插入圖片描述

部分實驗代碼

/******************************************************************************************************* @file        freertos.c* @author      正點原子團隊(ALIENTEK)* @version     V1.4* @date        2022-01-04* @brief       FreeRTOS 移植實驗* @license     Copyright (c) 2020-2032, 廣州市星翼電子科技有限公司***************************************************************************************************** @attention** 實驗平臺:正點原子 探索者F407開發板* 在線視頻:www.yuanzige.com* 技術論壇:www.openedv.com* 公司網址:www.alientek.com* 購買地址:openedv.taobao.com******************************************************************************************************/#include "freertos_demo.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*//* START_TASK 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define START_TASK_PRIO  1
#define START_TASK_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t start_task_handle;
void start_task( void * pvParameters );/* low_task 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define low_task_PRIO  2
#define low_task_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t low_task_handle;
void low_task(void * pvParameters);/* middle_task 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define middle_task_PRIO  3
#define middle_task_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t middle_task_handle;
void middle_task(void * pvParameters);/* high_task 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define high_task_PRIO  4
#define high_task_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t high_task_handle;
void high_task(void * pvParameters);/******************************************************************************************************/
QueueHandle_t semaphore_handle;
/*** @brief       FreeRTOS例程入口函數* @param       無* @retval      無*/
void freertos_demo(void)
{    semaphore_handle = xSemaphoreCreateBinary();  /*創建二值信號量后資源數為0*/if(semaphore_handle != NULL){printf("二值信號量創建成功!!!\r\n");}xSemaphoreGive(semaphore_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )   start_task,(char *                )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &start_task_handle);//開啟任務調度器vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();                     /*進入臨界區，任務切換不會進行*/xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     low_task,(char *                )   "low_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   low_task_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   low_task_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &low_task_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     middle_task,(char *                )   "middle_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   middle_task_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   middle_task_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &middle_task_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     high_task,(char *                )   "high_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   high_task_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   high_task_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &high_task_handle);vTaskDelete( NULL );taskEXIT_CRITICAL();                       /*退出臨界區，才會開始任務切換*//*簡單而言，臨界區保護，就是保護那些不想被打斷的從程序段							 */							 }/* 任務一，低優先級 */
void low_task(void * pvParameters)
{while(1){ printf("low_task is taking semaphore\r\n");xSemaphoreTake(semaphore_handle,portMAX_DELAY); printf("low_task is running\r\n");delay_ms(3000);printf("low_task is giving semaphore\r\n");xSemaphoreGive(semaphore_handle);vTaskDelay(1000);}
}/* 任務二，中優先級 */
void middle_task(void * pvParameters)
{while(1){printf("middle_task is running\r\n");vTaskDelay(1000);}
}/* 任務三，高優先級 */
void high_task(void * pvParameters)
{while(1){printf("high_task is taking semaphore\r\n");xSemaphoreTake(semaphore_handle,portMAX_DELAY); printf("high_task is running\r\n");delay_ms(1000);printf("high_task is giving semaphore\r\n");xSemaphoreGive(semaphore_handle);vTaskDelay(10);}
}

九、互斥信號量實驗（掌握）

實驗簡介

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實驗現象

解決M打斷L執行，從而使得高優先級等待更久時間的問題。
在這里插入圖片描述

部分實驗代碼

/******************************************************************************************************* @file        freertos.c* @author      正點原子團隊(ALIENTEK)* @version     V1.4* @date        2022-01-04* @brief       FreeRTOS 移植實驗* @license     Copyright (c) 2020-2032, 廣州市星翼電子科技有限公司***************************************************************************************************** @attention** 實驗平臺:正點原子 探索者F407開發板* 在線視頻:www.yuanzige.com* 技術論壇:www.openedv.com* 公司網址:www.alientek.com* 購買地址:openedv.taobao.com******************************************************************************************************/#include "freertos_demo.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./MALLOC/malloc.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*//* START_TASK 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define START_TASK_PRIO  1
#define START_TASK_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t start_task_handle;
void start_task( void * pvParameters );/* low_task 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define low_task_PRIO  2
#define low_task_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t low_task_handle;
void low_task(void * pvParameters);/* middle_task 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define middle_task_PRIO  3
#define middle_task_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t middle_task_handle;
void middle_task(void * pvParameters);/* high_task 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/#define high_task_PRIO  4
#define high_task_STACK_SIZE  128
TaskHandle_t high_task_handle;
void high_task(void * pvParameters);/******************************************************************************************************/
QueueHandle_t mutex_semaphore_handle;
/*** @brief       FreeRTOS例程入口函數* @param       無* @retval      無*/
void freertos_demo(void)
{    mutex_semaphore_handle = xSemaphoreCreateMutex();  /*創建互斥信號量，并且主動釋放一次信號量*/if(mutex_semaphore_handle != NULL){printf("互斥信號量創建成功!!!\r\n");}//xSemaphoreGive(mutex_semaphore_handle);  //互斥信號量在創建的時候默認自動釋放信號量xTaskCreate( (TaskFunction_t        )   start_task,(char *                )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &start_task_handle);//開啟任務調度器vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();                     /*進入臨界區，任務切換不會進行*/xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     low_task,(char *                )   "low_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   low_task_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   low_task_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &low_task_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     middle_task,(char *                )   "middle_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   middle_task_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   middle_task_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &middle_task_handle);xTaskCreate( (TaskFunction_t        )     high_task,(char *                )   "high_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE)   high_task_STACK_SIZE,(void *                )   NULL,   (UBaseType_t           )   high_task_PRIO,(TaskHandle_t *        )   &high_task_handle);vTaskDelete( NULL );taskEXIT_CRITICAL();                       /*退出臨界區，才會開始任務切換*//*簡單而言，臨界區保護，就是保護那些不想被打斷的從程序段							 */							 }/* 任務一，低優先級 */
void low_task(void * pvParameters)
{while(1){ printf("low_task is taking semaphore\r\n");xSemaphoreTake(mutex_semaphore_handle,portMAX_DELAY); printf("low_task is running\r\n");delay_ms(3000);printf("low_task is giving semaphore\r\n");xSemaphoreGive(mutex_semaphore_handle);vTaskDelay(1000);}
}/* 任務二，中優先級 */
void middle_task(void * pvParameters)
{while(1){printf("middle_task is running\r\n");vTaskDelay(1000);}
}/* 任務三，高優先級 */
void high_task(void * pvParameters)
{while(1){printf("high_task is taking semaphore\r\n");xSemaphoreTake(mutex_semaphore_handle,portMAX_DELAY); printf("high_task is running\r\n");delay_ms(1000);printf("high_task is giving semaphore\r\n");xSemaphoreGive(mutex_semaphore_handle);vTaskDelay(10);}
}

十、課堂總結

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