FreeRTOS学习笔记——互斥型信号量

0.前言

在嵌入式操作系统中互斥型信号量是任务间资源保护的重要手段。下面结合一个具体例子说明FreeRTOS中的互斥型信号量如何使用。

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【代码链接】——示例代码存于百度网盘

1.基本说明

互斥型信号量的使用方法如图1所示。在多数情况下，互斥型信号量和二值型信号非常相似，但是从功能上二值型信号量用于同步，而互斥型信号量用于资源保护。互斥型信号量和二值型信号量还有一个最大的区别，互斥型信号量可以有效解决优先级反转现象。

图1 互斥型信号量使用方法

2.参考代码

本例具有两个任务，两个任务都试图通过串口打印内容，此时串口就好比一个“资源”，某个任务使用串口资源时必须保护该资源，使用完串口之后在释放资源。保护和释放动作便对应互斥型信号量的两个基本操作，xSemaphoreTake和xSemaphoreGive。

【代码】

/* Standard includes. */
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/* Scheduler includes. */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"

/* Library includes. */
#include "stm32f10x.h"

#define LED0_ON()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
#define LED0_OFF()  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

static void Setup(void);
void TaskA( void *pvParameters );
void TaskB( void *pvParameters );

void LedInit(void);
void UART1Init(void);

/* 互斥信号量句柄 */
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;

int main(void)
{
    /* 初始化硬件平台 */
    Setup();
    /* 创建互斥信号量 */
    xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();
    /* 建立任务 */
    xTaskCreate( TaskA, "TaskA", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+3, NULL );
    xTaskCreate( TaskB, "TaskB", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL );
    /* 启动OS */
    vTaskStartScheduler();
    
    return 0;
}

void TaskA( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
        {
            printf("Task A\r\n");
        }
        xSemaphoreGive( xSemaphore );
        vTaskDelay( 2000/portTICK_RATE_MS );
    }
}

void TaskB( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
        {
            printf("Task B\r\n");
        }
        xSemaphoreGive( xSemaphore );
        vTaskDelay( 1000/portTICK_RATE_MS );
    }
}

static void Setup( void )
{
    LedInit();
    UART1Init();
}

void LedInit( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
    /*LED0 @ GPIOB.5*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );    
}

void UART1Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    
    /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 第4步：配置USART1参数
    波特率   = 9600
    数据长度 = 8
    停止位   = 1
    校验位   = No
    禁止硬件流控(即禁止RTS和CTS)
    使能接收和发送
    */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    
    /* 清除发送完成标志 */
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
    
    /* 使能USART1发送中断和接收中断，并设置优先级 */
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    // NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    /* 设定USART1 中断优先级 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    /* 使能接收中断 */
    // USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); 
}

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 写一个字节到USART1 */
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
    /* 等待发送结束 */
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {}
    return ch;
}

3.简单说明

SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;

申明互斥型信号量，在FreeRTOS中二值型信号量和互斥型信号量类型完全相同。

xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();

创建互斥型信号量。

xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );

获得资源的使用权，此处的等待时间为 portMAX_DELAY（挂起最大时间），如果任务无法获得资源的使用权，任务会处于挂起状态。

xSemaphoreGive( xSemaphore );

释放资源的使用权。

4.总结

互斥型信号量和二值型信号量使用方法相似，但二值型信号量用于同步而互斥型信号量用于资源保护。

FreeRTOS学习笔记——互斥型信号量

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