FreeRTOS 线程同步及通信 -- 信号量、事件、消息队列

目录

一  FreeRTOS 信号量

二  FreeRTOS 事件组

三 FreeRTOS 消息队列

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一  FreeRTOS 信号量

FreeRTOS信号量分为二值信号量、计数信号量、互斥信号量、递归互斥信号量

1. 信号量相关接口

创建二值信号量	void vSemaphoreCreateBinary( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
创建二值信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void );
创建静态二值信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinaryStatic( StaticSemaphore_t *pxSemaphoreBuffer );
创建计数信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting( UBaseType_t uxMaxCount,                                                                                      UBaseType_t uxInitialCount );
创建静态计数信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCountingStatic( UBaseType_t uxMaxCount,                                                                                               UBaseType_t uxInitialCount,                                                                                               StaticSemaphore_t pxSempahoreBuffer );
创建互斥信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void );
创建静态互斥信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutexStatic( StaticSemaphore_t *pxMutexBuffer );
创建递归互斥信号量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateRecursiveMutex( void );
创建递归静态互斥量	SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateRecursiveMutex( StaticSemaphore_t pxMutexBuffer );
删除信号量	void vSemaphoreDelete( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
获取信号量计数值	UBaseType_t uxSemaphoreGetCount( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
获取互斥量所有者	TaskHandle_t xSemaphoreGetMutexHolder( SemaphoreHandle_t xMutex );
释放信号量	BaseType_t xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
中断中释放信号量	BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,                                                                    BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
释放递归互斥量	BaseType_t xSemaphoreGiveRecursive( SemaphoreHandle_t xMutex );
获取信号量	BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait );
中断中获取信号量	BaseType_t xSemaphoreTakeFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,                                                                    signed BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
获取递归互斥量	BaseType_t xSemaphoreTakeRecursive( SemaphoreHandle_t xMutex,                                                                    TickType_t xTicksToWait );

2. 创建使用二值信号量

SemaphoreHandle_t BinarySem = NULL;

BinarySem = xSemaphoreCreateBinary();/*  创建 二值 信号量 */

xSemaphoreGive( BinarySem );         //发送信号量

xSemaphoreTake(BinarySem, portMAX_DELAY);//获取信号量

3. 创建使用计数信号量

SemaphoreHandle_t CountSem = NULL;

CountSem = xSemaphoreCreateCounting(10, 5); /* 创建计数信号量，信号量最大值为10，初始值为5 */

xSemaphoreGive( CountSem );//释放信号量，值加1

xSemaphoreTake(CountSem , 0);//获取信号量，值减1

4. 创建使用互斥信号量（互斥量不能在中断中使用）

SemaphoreHandle_t MuxSem = NULL;

MuxSem = xSemaphoreCreateMutex();        /*  创建 互斥信号量 */

xSemaphoreGive(MuxSem);                     //释放互斥量

xSemaphoreTake(MuxSem_Handle,portMAX_DELAY);//获取互斥量

二  FreeRTOS 事件组

1. 事件组相关接口

创建事件标志组	EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void );
创建静态事件标志组	EventGroupHandle_t xEventGroupCreateStatic( StaticEventGroup_t *pxEventGroupBuffer );
删除事件标志组	void vEventGroupDelete( EventGroupHandle_t xEventGroup );
设置事件	EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup,                                                         const EventBits_t uxBitsToSet );
中断中设置事件	BaseType_t xEventGroupSetBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup,                                                                         const EventBits_t uxBitsToSet,                                                                         BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
事件同步	EventBits_t xEventGroupSync( EventGroupHandle_t xEventGroup,                                                     const EventBits_t uxBitsToSet,                                                     const EventBits_t uxBitsToWaitFor,                                                     TickType_t xTicksToWait );
等待事件	EventBits_t xEventGroupWaitBits( const EventGroupHandle_t xEventGroup,                                                           const EventBits_t uxBitsToWaitFor,                                                           const BaseType_t xClearOnExit,                                                           const BaseType_t xWaitForAllBits,                                                           TickType_t xTicksToWait );
获取事件	EventBits_t xEventGroupGetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup );
中断中获取事件	EventBits_t xEventGroupGetBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup );
清除事件	EventBits_t xEventGroupClearBits( EventGroupHandle_t xEventGroup,                                                            const EventBits_t uxBitsToClear );
中断中清除事件	BaseType_t xEventGroupClearBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup,                                                                            const EventBits_t uxBitsToClear );

2. 使用事件组进行中断与任务之间的同步

EventGroupHandle_t Event = NULL;

Event = xEventGroupCreate();/*  创建 事件组 */

void USART1_IRQHandler(void)
{
    接受到串口数据
    xEventGroupSetBitsFromISR(Event, 0x1); /*设置事件 */
}
 
void thread0(void* arg)
{
    rt_uint32_t recved;
    while(1)
    {
        /*  等待接收事件标志 */
        xEventGroupWaitBits(Event,  /*  事件对象句柄 */
                            0x01,   /*  接收 任务 感兴趣的事件 */
                            pdTRUE, /*  退出时清除事件位 */
                            pdTRUE, /*  满足感兴趣的所有事件 */
                            portMAX_DELAY);/*  指定超时事件, 一直等 */
        ...
        处理串口数据
    }
}

三 FreeRTOS 消息队列

1.消息队列常用接口

创建队列	QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength,UBaseType_t uxItemSize );
创建静态队列	QueueHandle_t xQueueCreateStatic( UBaseType_t uxQueueLength,                                                                UBaseType_t uxItemSize,                                                                uint8_t *pucQueueStorageBuffer,                                                                StaticQueue_t *pxQueueBuffer );
删除队列	void vQueueDelete( TaskHandle_t pxQueueToDelete );
复位（清空）队列	BaseType_t xQueueReset( QueueHandle_t xQueue );
发送消息到队列尾	BaseType_t xQueueSend( QueueHandle_t xQueue,                                             const void * pvItemToQueue,                                             TickType_t xTicksToWait ); BaseType_t xQueueSendFromISR( QueueHandle_t xQueue,                                                           const void *pvItemToQueue,                                                           BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
发送消息到队列尾	BaseType_t xQueueSendToBack( QueueHandle_t xQueue,                                                        const void * pvItemToQueue,                                                        TickType_t xTicksToWait ); BaseType_t xQueueSendToBackFromISR( QueueHandle_t xQueue,                                                                       const void *pvItemToQueue,                                                                       BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
发送消息到队列首	BaseType_t xQueueSendToFront( QueueHandle_t xQueue,                                                           const void * pvItemToQueue,                                                           TickType_t xTicksToWait ); BaseType_t xQueueSendToFrontFromISR( QueueHandle_t xQueue,                                                                       const void *pvItemToQueue,                                                                       BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
接受消息 并删除消息	BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue,                                                  void *pvBuffer,                                                  TickType_t xTicksToWait );   BaseType_t xQueueReceiveFromISR( QueueHandle_t xQueue,                                                                void *pvBuffer,                                                                BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
接受消息 但不删除消息	BaseType_t xQueuePeek( QueueHandle_t xQueue,                                             void *pvBuffer, TickType_t                                             xTicksToWait );   BaseType_t xQueuePeekFromISR( QueueHandle_t xQueue, void *pvBuffer );
覆盖消息（当队列长度为1时， 调用该函数可以改变消息值）	BaseType_t xQueueOverwrite( QueueHandle_t xQueue, const void *pvItemToQueue );   BaseType_t xQueueOverwriteFromISR( QueueHandle_t xQueue,                                                                    const void *pvItemToQueue,                                                                    BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
获取消息队列 已被使用的数量	UBaseType_t uxQueueMessagesWaiting( const QueueHandle_t xQueue ); UBaseType_t uxQueueMessagesWaitingFromISR( const QueueHandle_t xQueue );
获取消息队列中 可供使用的空间	UBaseType_t uxQueueSpacesAvailable( const QueueHandle_t xQueue );
消息队列是否为空	BaseType_t xQueueIsQueueEmptyFromISR( const QueueHandle_t pxQueue );
消息队列是否已满	BaseType_t xQueueIsQueueFullFromISR( const QueueHandle_t pxQueue );
创建队列集合	QueueSetHandle_t xQueueCreateSet( const UBaseType_t uxEventQueueLength );
将队列或者信号量 添加到队列结合	BaseType_t xQueueAddToSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,                                                     QueueSetHandle_t xQueueSet );
将队列或者信号量 从集合中移除	BaseType_t xQueueRemoveFromSet( QueueSetMemberHandle_t xQueueOrSemaphore,                                                                 QueueSetHandle_t xQueueSet );
从队列集合中选中 消息队列或者信号量	QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSet( QueueSetHandle_t xQueueSet,                                                                                       const TickType_t xTicksToWait ); QueueSetMemberHandle_t xQueueSelectFromSetFromISR( QueueSetHandle_t xQueueSet );

2. 创建使用消息队列

QueueHandle_t      Queue = NULL;

/* Define the data type that will be queued. */
typedef struct A_Message
{
    char ucMessageID;
    char ucData[ 20 ];
} AMessage;

void task0(void* arg)
{
    AMessage xMessage;
    Queue = xQueueCreate(4,sizeof(AMessage));/*  创建一个消息队列，大小为4 */
    xMessage.ucMessageID = 0x01;
    
    while(1)
    {
        xQueueSend( Queue, &xMessage, 0 );
        vTaskDelay(500);
    }
}

void task1(void* arg)
{
    AMessage xMessage; /*  定义一个接收消息的结构体变量 */
    while(1)
    {
        if(xQueueReceive( Queue,&xMessage,portMAX_DELAY) == pdPASS)
        {
            //成功接受到消息
        }
        vTaskDelay(500);
    }
}