【FreeRtos学习笔记】STM32 CubeMx——Mutexes And Recursive Mutexes（互斥量与递归互斥量）
目录
1 互斥量
2 示例程序
2.1例程功能
2.2步骤
2.3实验结果
2.4函数讲解
1 互斥量
1.为什么要有互斥量
在多任务系统中，任务A正在使用某个资源，还没用完的情况下任务B也来使用的话，就可能导致问题。 比如对于串口，任务A正使用它来打印，在打印过程中任务B也来打印，客户看到的结果就是A、B的信 息混杂在一起。
所以我们希望某一任务在在某一时刻单独占有某一硬件资源，这时候便引入了互斥量。例如，我们怎么独享厕所呢？我们可以上厕所然后把门锁了，完事了自己开锁。使用队列、信号量都可以实现互斥访问，以信号量为例：
- 信号量初始值为1
- 任务A想上厕所，"take"信号量成功，它进入厕所
- 任务B也想上厕所，"take"信号量不成功，等待
- 任务A用完厕所，"give"信号量；轮到任务B使用
2.既然队列、信号量都可以实现互斥访问，为什么还要引入互斥量
假设任务A、B都想使用串口，A优先级比较低：
- 任务A获得了串口的信号量
- 任务B也想使用串口，它将会阻塞、等待A释放信号量
- 高优先级的任务，被低优先级的任务延迟，这被称为"优先级反转"(priority inversion)
互斥量可以通过"优先级继承"，可以很大程度解决"优先级反转"的问题，这也是FreeRTOS中互斥量和二 进制信号量的差别。这点在下面的例程中会被介绍。
3.FreeRtos的互斥锁是代码上约定的习惯
使用互斥量的核心在于：谁上锁，就只能由谁开锁。但是FreeRTOS的互斥锁，并没有在代码上实现这点，即使任务A获得了互斥锁，任务B竟然也可以释放互斥锁。所以为了实现互斥锁，就约定程序员在写代码的时候，那个任务上锁，就由那个任务解锁。
4.递归互斥量
互斥量能被多次获取，同时也要被多次释放。其功能就不在详细介绍。
2 示例程序
2.1例程功能
按优先级由高到底分别创建一个按键任务（priority：High）、打印任务1（priority：Normal）、打印任务2（priority：Low）,打印任务1和2先挂起，由按键任务来解挂起，观察打印任务2在添加获取互斥量程序前后，打印任务1和2执行的先后顺序。
2.2步骤
配置按键IO口
配置三个动态任务，优先级依次为High、Normal、Low
配置一个互斥量
/* USER CODE END Header_StartTask_KEY0 */
void StartTask_KEY0(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask_KEY0 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==0)
{
osDelay(10);
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==0)
{
osThreadSuspendAll();
printf("\nKEY_0按下\n");
osThreadResumeAll();
osThreadResume(myTask01Handle);
osThreadResume(myTask02Handle);
osMutexWait(myMutex01Handle,osWaitForever);//获得互斥量
osMutexRelease(myMutex01Handle);//释放互斥量
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin)==0)
{
osDelay(10);
}
}
}
osDelay(1);
}按键按下，唤醒打印任务1和打印任务2，并获取释放互斥量
void StartTask01(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask01 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
osThreadSuspend(NULL);
osThreadSuspendAll();
printf("嗨，我是打印任务 1\n");
osThreadResumeAll();
osDelay(1);
}
/* USER CODE END StartTask01 */
}循环开始时任务挂起，等待按键按下后任务解挂起并打印字符串
/* USER CODE END Header_StartTask02 */
void StartTask02(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask02 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
//osMutexWait(myMutex01Handle,osWaitForever)；//获得互斥量
osThreadSuspend(NULL);
osThreadSuspendAll();
printf("嗨，我是打印任务 2\n");
osThreadResumeAll();
//osMutexRelease(myMutex01Handle);//释放互斥量
osDelay(1);
}
/* USER CODE END StartTask02 */
}循环开始时任务挂起，等待按键按下后任务解挂起并打印字符串。程序osMutexWait（）和osMutexRelease（）屏蔽与不屏蔽，程序执行的结果有所不同。
2.3实验结果
程序osMutexWait（）和osMutexRelease（）屏蔽时，当按键按下后，打印任务1和打印任务2按照优先级顺序先后执行
程序osMutexWait（）和osMutexRelease（）不屏蔽时，当按键按下后，打印任务2发生优先级继承先打印
实验评析
FreeRtos实现互斥的核心概念是：谁上锁，就由谁来解锁，那为什么不用信号量来实现一定要用互斥量来实现呢？关键在于使用信号量实现互斥会发生优先级的反转，而使用互斥量能通过优先级继承的方式来解决优先级反转的问题。（详情见韦东山的讲解）
板子上电，程序初步运行时，打印任务2获取互斥量后然后挂起，当按键按下，按键任务在解挂打印任务1、2后也想获取互斥量，但此时互斥量被打印任务2占有，这时候FreeRtos就会将打印任务2的优先级提升到和按键任务一样高（Priority:High）,使互斥量被尽快释放。
2.4函数讲解
1 osStatus osMutexWait (osMutexId mutex_id, uint32_t millisec)
/**
@brief Wait until a Mutex becomes available
@param mutex_id mutex ID obtained by \ref osMutexCreate.
@param millisec timeout value or 0 in case of no time-out.
@retval status code that indicates the execution status of the function.
@note MUST REMAIN UNCHANGED: \b osMutexWait shall be consistent in every CMSIS-RTOS.
*/
osStatus osMutexWait (osMutexId mutex_id, uint32_t millisec)- 函数功能：获取某一互斥量
- 传入参数：1.mutex_id （要获取互斥量量的句柄） 2.millisec（超时等待时间）
2 osStatus osMutexRelease (osMutexId mutex_id)
/**
@brief Release a Mutex that was obtained by \ref osMutexWait
@param mutex_id mutex ID obtained by \ref osMutexCreate.
@retval status code that indicates the execution status of the function.
@note MUST REMAIN UNCHANGED: \b osMutexRelease shall be consistent in every CMSIS-RTOS.
*/
osStatus osMutexRelease (osMutexId mutex_id)- 函数功能：释放某一互斥量
- 传入参数：mutex_id （要释放互斥量量的句柄）