六、freeRTOS_信号量的使用

目录

1. 信号量的理论讲解

1.1 信号量的常规操作

2. 信号量的常规使用

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1. 信号量的理论讲解

本节源码：`15_freertos_example_semaphore`，在`12_freertos_example_sync_exclusion`上修改。 

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。
有时候我们只需要传递状态，并不需要传递具体的信息，比如：

• 我的事做完了，通知一下你
• 卖包子了、卖包子了，做好了1个包子！做好了2个包子！做好了3个包子！
• 这个停车位我占了，你们只能等着

在这种情况下我们可以使用信号量(semaphore)，它更节省内存。

本章节涉及如下内容：

• 怎么创建、删除信号量
• 怎么发送、获得信号量
• 什么是计数型信号量？什么是二进制信号量？

1.1 信号量的常规操作

信号量这个名字很恰当：

• 信号：起通知作用
• 量：还可以用来表示资源的数量
  • 当"量"没有限制时，它就是"计数型信号量"(Counting Semaphores)
  • 当"量"只有0、1两个取值时，它就是"二进制信号量"(Binary Semaphores)
• 支持的动作："give"给出资源，计数值加1；"take"获得资源，计数值减1

计数型信号量的典型场景是：

• 计数：事件产生时"give"信号量，让计数值加1；处理事件时要先"take"信号量，就是获得信号量，让计数值减1。
• 资源管理：要想访问资源需要先"take"信号量，让计数值减1；用完资源后"give"信号量，让计数值加1。

信号量的"give"、"take"双方并不需要相同，可以用于生产者-消费者场合：

• 生产者为任务A、B，消费者为任务C、D
• 一开始信号量的计数值为0，如果任务C、D想获得信号量，会有两种结果：
  • 阻塞：买不到东西咱就等等吧，可以定个闹钟(超时时间)
  • 即刻返回失败：不等
• 任务A、B可以生产资源，就是让信号量的计数值增加1，并且把等待这个资源的顾客唤醒
• 唤醒谁？谁优先级高就唤醒谁，如果大家优先级一样就唤醒等待时间最长的人

2. 信号量的常规使用

本节源码：`15_freertos_example_semaphore`，在`12_freertos_example_sync_exclusion`上修改。

信号量同步功能 

static int sum = 0;
static volatile int flagCalcEnd = 0;
static volatile int flagUARTused = 0;

static SemaphoreHandle_t xSemCalc;
static SemaphoreHandle_t xSemUART;


void Task1Function(void * param)
{
	volatile int i = 0;
	while (1)
	{
		for (i = 0; i < 10000000; i++)
			sum++;
		//printf("1");
		xSemaphoreGive(xSemCalc);
		vTaskDelete(NULL);
	}
}

void Task2Function(void * param)
{
	while (1)
	{
		//if (flagCalcEnd)
		flagCalcEnd = 0;
		xSemaphoreTake(xSemCalc, portMAX_DELAY);
		flagCalcEnd = 1;
		printf("sum = %d\r\n", sum);
	}
}

void TaskGenericFunction(void * param)
{
	while (1)
	{
		xSemaphoreTake(xSemUART, portMAX_DELAY);
		printf("%s\r\n", (char *)param);
		xSemaphoreGive(xSemUART);
		vTaskDelay(1);
	}
}

/*-----------------------------------------------------------*/

int main( void )
{
	TaskHandle_t xHandleTask1;
		
#ifdef DEBUG
  debug();
#endif

	prvSetupHardware();

	printf("Hello, world!\r\n");
	xSemCalc = xSemaphoreCreateCounting(10, 0);
	xSemUART = xSemaphoreCreateBinary();
	xSemaphoreGive(xSemUART);

	xTaskCreate(Task1Function, "Task1", 100, NULL, 1, &xHandleTask1);
	xTaskCreate(Task2Function, "Task2", 100, NULL, 1, NULL);

	//xTaskCreate(TaskGenericFunction, "Task3", 100, "Task 3 is running", 1, NULL);
	//xTaskCreate(TaskGenericFunction, "Task4", 100, "Task 4 is running", 1, NULL);

	/* Start the scheduler. */
	vTaskStartScheduler();

	/* Will only get here if there was not enough heap space to create the
	idle task. */
	return 0;
}

运行结果

使用计数型的信号量xSemCalc = xSemaphoreCreateCounting(10, 0); 基本实现了同步功能，串口输出了数值。

信号量互斥功能

static int sum = 0;
static volatile int flagCalcEnd = 0;
static volatile int flagUARTused = 0;

static SemaphoreHandle_t xSemCalc;
static SemaphoreHandle_t xSemUART;


void Task1Function(void * param)
{
	volatile int i = 0;
	while (1)
	{
		for (i = 0; i < 10000000; i++)
			sum++;
		//printf("1");
		xSemaphoreGive(xSemCalc);
		vTaskDelete(NULL);
	}
}

void Task2Function(void * param)
{
	while (1)
	{
		//if (flagCalcEnd)
		flagCalcEnd = 0;
		xSemaphoreTake(xSemCalc, portMAX_DELAY);
		flagCalcEnd = 1;
		printf("sum = %d\r\n", sum);
	}
}

void TaskGenericFunction(void * param)
{
	while (1)
	{
		xSemaphoreTake(xSemUART, portMAX_DELAY);
		printf("%s\r\n", (char *)param);
		xSemaphoreGive(xSemUART);
		vTaskDelay(1);
	}
}

/*-----------------------------------------------------------*/

int main( void )
{
	TaskHandle_t xHandleTask1;
		
#ifdef DEBUG
  debug();
#endif

	prvSetupHardware();

	printf("Hello, world!\r\n");
	xSemCalc = xSemaphoreCreateCounting(10, 0);
	xSemUART = xSemaphoreCreateBinary();
	xSemaphoreGive(xSemUART);

	//xTaskCreate(Task1Function, "Task1", 100, NULL, 1, &xHandleTask1);
	//xTaskCreate(Task2Function, "Task2", 100, NULL, 1, NULL);

	xTaskCreate(TaskGenericFunction, "Task3", 100, "Task 3 is running", 1, NULL);
	xTaskCreate(TaskGenericFunction, "Task4", 100, "Task 4 is running", 1, NULL);

	/* Start the scheduler. */
	vTaskStartScheduler();

	/* Will only get here if there was not enough heap space to create the
	idle task. */
	return 0;
}

 运行结果

 Task3、Task4使用二进制信号量xSemUART = xSemaphoreCreateBinary();，实现了互斥功能，串口输出了数值。