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前面介绍的队列(queue)可以用于传输数据:在任务之间、任务和中断之间。
消息队列用于传输多个数据,但是有时候我们只需要传递状态,这个状态值需要用一个数值表示,比如:
在这种情况下我们只需要维护一个数值,使用信号量效率更高、更节省内存
本章涉及如下内容:
信号量这个名字很恰当:
计数型信号量的典型场景是:
二进制信号量跟计数型的唯一差别,就是计数值的最大值被限定为1。
差异列表如下:
队列 | 信号量 |
---|---|
可以容纳多个数据, 创建队列时有2部分内存: 队列结构体、存储数据的空间 | 只有计数值,无法容纳其他数据。 创建信号量时,只需要分配信号量结构体 |
生产者:没有空间存入数据时可以阻塞 | 生产者:用于不阻塞,计数值已经达到最大时返回失败 |
消费者:没有数据时可以阻塞 | 消费者:没有资源时可以阻塞 |
信号量的计数值都有限制:限定了最大值。如果最大值被限定为1,那么它就是二进制信号量;如果最大值不是1,它就是计数型信号量。
差别列表如下:
二进制信号量 | 技术型信号量 |
---|---|
被创建时初始值为0 | 被创建时初始值可以设定 |
其他操作是一样的 | 其他操作是一样的 |
使用信号量时,先创建、然后去添加资源、获得资源。使用句柄来表示一个信号量。
使用信号量之前,要先创建,得到一个句柄;使用信号量时,要使用句柄来表明使用哪个信号量。
对于二进制信号量、计数型信号量,它们的创建函数不一样:
二进制信号量 | 计数型信号量 | |
---|---|---|
动态创建 | xSemaphoreCreateBinary 计数值初始值为0 | xSemaphoreCreateCounting |
vSemaphoreCreateBinary(过时了) 计数值初始值为1 | ||
静态创建 | xSemaphoreCreateBinaryStatic | xSemaphoreCreateCountingStatic |
创建二进制信号量的函数原型如下:
/* 创建一个二进制信号量,返回它的句柄。
* 此函数内部会分配信号量结构体
* 返回值: 返回句柄,非NULL表示成功
*/
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void );
/* 创建一个二进制信号量,返回它的句柄。
* 此函数无需动态分配内存,所以需要先有一个StaticSemaphore_t结构体,并传入它的指针
* 返回值: 返回句柄,非NULL表示成功
*/
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinaryStatic( StaticSemaphore_t *pxSemaphoreBuffer );
创建计数型信号量的函数原型如下:
/* 创建一个计数型信号量,返回它的句柄。
* 此函数内部会分配信号量结构体
* uxMaxCount: 最大计数值
* uxInitialCount: 初始计数值
* 返回值: 返回句柄,非NULL表示成功
*/
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting(UBaseType_t uxMaxCount, UBaseType_t uxInitialCount);
/* 创建一个计数型信号量,返回它的句柄。
* 此函数无需动态分配内存,所以需要先有一个StaticSemaphore_t结构体,并传入它的指针
* uxMaxCount: 最大计数值
* uxInitialCount: 初始计数值
* pxSemaphoreBuffer: StaticSemaphore_t结构体指针
* 返回值: 返回句柄,非NULL表示成功
*/
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCountingStatic( UBaseType_t uxMaxCount,
UBaseType_t uxInitialCount,
StaticSemaphore_t *pxSemaphoreBuffer );
对于动态创建的信号量,不再需要它们时,可以删除它们以回收内存。
vSemaphoreDelete可以用来删除二进制信号量、计数型信号量,函数原型如下:
/*
* xSemaphore: 信号量句柄,你要删除哪个信号量
*/
void vSemaphoreDelete( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
二进制信号量、计数型信号量的give、take操作函数是一样的。这些函数也分为2个版本:给任务使用,给ISR使用。列表如下:
在任务中使用 | 在ISR中使用 | |
---|---|---|
give | xSemaphoreGive | xSemaphoreGiveFromISR |
take | xSemaphoreTake | xSemaphoreTakeFromISR |
xSemaphoreGive的函数原型如下:
BaseType_t xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
xSemaphoreGive函数的参数与返回值列表如下:
参数 | 说明 |
---|---|
xSemaphore | 信号量句柄,释放哪个信号量 |
返回值 | pdTRUE表示成功, 如果二进制信号量的计数值已经是1,再次调用此函数则返回失败; 如果计数型信号量的计数值已经是最大值,再次调用此函数则返回失败 |
pxHigherPriorityTaskWoken的函数原型如下:
BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR(
SemaphoreHandle_t xSemaphore,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);
xSemaphoreGiveFromISR函数的参数与返回值列表如下:
参数 | 说明 |
---|---|
xSemaphore | 信号量句柄,释放哪个信号量 |
pxHigherPriorityTaskWoken | 如果释放信号量导致更高优先级的任务变为了就绪态, 则*pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE |
返回值 | pdTRUE表示成功, 如果二进制信号量的计数值已经是1,再次调用此函数则返回失败; 如果计数型信号量的计数值已经是最大值,再次调用此函数则返回失败 |
xSemaphoreTake的函数原型如下:
BaseType_t xSemaphoreTake(
SemaphoreHandle_t xSemaphore,
TickType_t xTicksToWait
);
xSemaphoreTake函数的参数与返回值列表如下:
参数 | 说明 |
---|---|
xSemaphore | 信号量句柄,获取哪个信号量 |
xTicksToWait | 如果无法马上获得信号量,阻塞一会: 0:不阻塞,马上返回 portMAX_DELAY: 一直阻塞直到成功 其他值: 阻塞的Tick个数,可以使用*pdMS_TO_TICKS()*来指定阻塞时间为若干ms |
返回值 | pdTRUE表示成功 |
xSemaphoreTakeFromISR的函数原型如下:
BaseType_t xSemaphoreTakeFromISR(
SemaphoreHandle_t xSemaphore,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);
xSemaphoreTakeFromISR函数的参数与返回值列表如下:
参数 | 说明 |
---|---|
xSemaphore | 信号量句柄,获取哪个信号量 |
pxHigherPriorityTaskWoken | 如果获取信号量导致更高优先级的任务变为了就绪态, 则*pxHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE |
返回值 | pdTRUE表示成功 |