FreeRTOS 二值信号量

信号量（Semaphores）

信号量是一种解决同步问题的机制，可以实现对共享资源的有序访问

任务可以通过两种操作来访问信号量：

等待：如果信号量的值大于0，表示有可用资源，信号量的值减1，任务继续执行。如果信号量的值为0，表示没有可用资源，任务将被阻塞，直到信号量的值变为大于0。
释放：当任务完成对共享资源的访问后，它会释放信号量，即信号量的值加1。如果有任务因为等待该信号量而被阻塞，那么释放操作将唤醒（或称为解阻塞）其中一个等待的任务，使其能够继续执行。

信号量：用于传递状态

队列与信号量的对比

队列	信号量
可以容纳多个数据；创建队列有两部分内存：队列结构体+队列项存储空间	仅存放计数值，无法存放其他数据；创建信号量，只需分配信号量结构体
写入队列：当队列满时，可阻塞；	释放信号量：不可阻塞，计数值++，当计数值为最大值时，返回失败
读取队列：当队列为空时，可阻塞；	获取信号量：计数值--，当没有资源时，可阻塞

二值信号量

二值信号量的本质是一个队列长度为 1 的队列，该队列就只有空和满两种情况，这就是二值

二值信号量通常用于互斥访问或任务同步，与互斥信号量比较类似，但是二值信号量有可能会导致优先级翻转的问题，所以二值信号量更适合用于同步！

相关API函数

使用二值信号量的过程：创建二值信号量 $\rightarrow$ 释放二值信号量 $\rightarrow$ 获取二值信号量

函数	描述
xSemaphoreCreateBinary ()	使用动态方式创建二值信号量
xSemaphoreCreateBinaryStatic ()	使用静态方式创建二值信号量
xSemaphoreGive ()	释放信号量
xSemaphoreGiveFromISR ()	在中断中释放信号量
xSemaphoreTake ()	获取信号量
xSemaphoreTakeFromISR ()	在中断中获取信号量

创建二值信号量函数：

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary ( void )

#define   xSemaphoreCreateBinary( )                                   \
          QueueGenericCreate   ( 1, 
                                 semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH ,                   
                                 queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE )
#define  semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH      ( ( uint8_t ) 0U )

返回值	描述
NULL	创建失败
其他值	创建成功返回二值信号量的句柄

不同信号量创建的本质函数还是 QueueGenericCreate 只是不同信号量的第三个入口参数不同代表了不同信号量。

#define queueQUEUE_TYPE_BASE                  	( ( uint8_t ) 0U )	/* 队列 */
#define queueQUEUE_TYPE_SET                  	( ( uint8_t ) 0U )	/* 队列集 */
#define queueQUEUE_TYPE_MUTEX                 	( ( uint8_t ) 1U )	/* 互斥信号量 */
#define queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE    	( ( uint8_t ) 2U )	/* 计数型信号量 */
#define queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE     	( ( uint8_t ) 3U )	/* 二值信号量 */
#define queueQUEUE_TYPE_RECURSIVE_MUTEX       	( ( uint8_t ) 4U )	/* 递归互斥信号量 */

释放二值信号量函数：

BaseType_t xSemaphoreGive( xSemaphore )

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

形参	描述
xSemaphore	要释放的信号量句柄
返回值	描述
pdPASS	释放信号量成功
errQUEUE_FULL	释放信号量失败

#define queueSEND_TO_BACK                     ( ( BaseType_t ) 0 )
#define queueSEND_TO_FRONT                    ( ( BaseType_t ) 1 )
#define queueOVERWRITE                        ( ( BaseType_t ) 2 )

获取二值信号量函数：

BaseType_t xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime )

形参	描述
xSemaphore	要获取的信号量句柄
xBlockTime	阻塞时间
返回值	描述
pdTRUE	获取信号量成功
pdFALSE	超时，获取信号量失败

二值信号量实验

实验目的：学习 FreeRTOS 的二值信号量相关API函数的使用

实验设计：将设计三个任务：start_task、task1、task2

三个任务的功能如下：

start_task：用来创建其他的2个任务
task1：用于按键扫描，当检测到按键KEY0被按下时，释放二值信号量
task2：获取二值信号量，当成功获取后打印提示信息

void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();           /* 进入临界区 */
    /* 创建二值信号量 */
    BinarySemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
	if (BinarySemaphore!= NULL)
	{
		printf("信号量创建成功\r\n");
	}
    /* 创建任务1 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task1,
                (const char*    )"task1",
                (uint16_t       )TASK1_STK_SIZE,
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )TASK1_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&Task1Task_Handler);
    /* 创建任务2 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task2,
                (const char*    )"task2",
                (uint16_t       )TASK2_STK_SIZE,
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )TASK2_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&Task2Task_Handler);
    vTaskDelete(StartTask_Handler); /* 删除开始任务 */
    taskEXIT_CRITICAL();            /* 退出临界区 */
}


void task1(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    
    while (1)
    {
        key = key_scan(0);
		
		if (key == KEY0_PRES)
		{
			xSemaphoreGive(BinarySemaphore);                    /* 释放二值信号量 */
		}
           
        vTaskDelay(10);
    }
}


void task2(void *pvParameters)
{
    uint32_t task_num = 0;
	BaseType_t value;
    
    while (1)
    {
        value = xSemaphoreTake(BinarySemaphore, portMAX_DELAY);   /* 获取二值信号量 */
		if(value == pdTRUE)
		{
			task_num++;
			printf("成功获取信号量；获取次数：%u\r\n",task_num);
        }
    }
}

其他部分代码可自行查看之前博文；亦或者查看正点原子相关视频；代码部分相比源码有改编；