FreeRTOS 互斥量 优先级反转（翻转）和优先级继承 详解

目录

什么是互斥量？

什么是优先级反转（翻转）和优先级继承

互斥量相关 API 函数

优先级反转（翻转）示例

使用互斥量优化优先级反转（翻转）问题示例

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什么是互斥量？

在多数情况下，互斥型信号量和二值型信号量非常相似，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。

什么是优先级反转（翻转）和优先级继承

以上图为例，系统中有3个不同优先级的任务H/M/L，最高优先级任务H和最低优先级任务L通过 信号量机制，共享资源。目前任务L占有资源，锁定了信号量，Task H运行后将被阻塞，直到Task L释放信号量后，Task H才能够退出阻塞状态继续运行。但是Task H在等待Task L释放信号量的过 程中，中等优先级任务M抢占了任务L，从而延迟了信号量的释放时间，导致Task H阻塞了更长时 间，这种现象称为优先级倒置或优先级反转（翻转）。

优先级继承：

当一个互斥信号量正在被一个低优先级的任务持有时， 如果此时有个高优先级的任 务也尝试获取这个互斥信号量，那么这个高优先级的任务就会被阻塞。不过这个高优先级的任务 会将低优先级任务的优先级提升到与自己相同的优先级。

优先级继承并不能完全的消除优先级翻转的问题，它只是尽可能的降低优先级翻转带来的影响。

互斥量相关 API 函数

互斥信号量不能用于中断服务函数中！

函数	描述
xSemaphoreCreateMutex()	使用动态方法创建互斥信号量
xSemaphoreCreateMutexStatic()	使用静态方法创建互斥信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void )

参数：

无

返回值：

成功，返回对应互斥量的句柄；

失败，返回 NULL 。

优先级反转（翻转）示例

如下图，低优先级工作后高优先级被阻塞，然后发生优先级反转，中优先级比高优先级先工作

1.打开CubeMX，将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6，具体看我之前写过的文章

将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6

2.增加三个任务，优先级分别从高到底

3.增加一个二值信号量，导出代码

4.代码编写：

freertos.c

void StartTaskH(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		xSemaphoreTake(myBinarySem01Handle,portMAX_DELAY);
		printf("高优先级获得二值信号量，开始工作\r\n");
		HAL_Delay(1000);
		printf("工作完毕后，释放二值信号量\r\n");
		xSemaphoreGive(myBinarySem01Handle);
		osDelay(1000);
  }
}

void StartTaskM(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		printf("占用cpu资源，不工作\r\n");
    osDelay(1000);
  }
}

void StartTaskL(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		xSemaphoreTake(myBinarySem01Handle,portMAX_DELAY);
		printf("低优先级获得二值信号量，开始工作\r\n");
		HAL_Delay(3000);
		printf("工作完毕后，释放二值信号量\r\n");
		xSemaphoreGive(myBinarySem01Handle);
		osDelay(1000);
  }
}

5.打开串口助手，看执行结果：低优先级工作后实现优先级反转，中等优先级比高优先级先工作

使用互斥量优化优先级反转（翻转）问题示例

1.使用CubeMX在优先级反转示例中增加互斥量，导出代码

2.编写代码

freertos.c

void StartTaskH(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		xSemaphoreTake(myMutex01Handle,portMAX_DELAY);
		printf("高优先级获得互斥量，开始工作\r\n");
		HAL_Delay(1000);
		printf("工作完毕后，释放互斥量\r\n");
		xSemaphoreGive(myMutex01Handle);
		osDelay(1000);
  }
}

void StartTaskM(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		printf("占用cpu资源，不工作\r\n");
    osDelay(1000);
  }
}

void StartTaskL(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		xSemaphoreTake(myMutex01Handle,portMAX_DELAY);
		printf("低优先级获得互斥量，开始工作\r\n");
		HAL_Delay(3000);
		printf("工作完毕后，释放互斥量\r\n");
		xSemaphoreGive(myMutex01Handle);
		osDelay(1000);
  }
}

3.打开串口助手，看执行结果：低优先级工作后高优先级工作，最后到中等优先级