FreeRTOS—计数型信号量

文章目录

一、计数型信号量简介
二、计数型信号量相关API函数
- 2.1.动态方法创建计数型信号量
- 2.2.获取信号量的计数值
三、实验
- 3.1.实验设计
- 3.2.软件设计

一、计数型信号量简介

计数型信号量相当于队列长度大于 1 的队列，因此计数型信号量能够容纳多个资源，这在计数型信号量被创建的时候确定的。它的使用场合有：

事件计数：当每次事件发生后，在事件处理函数中释放计数型信号量（计数值+1），其他任务会获取计数型信号量（计数值-1），这种场合一般在创建时将初始计数值设置为 0
资源管理：信号量表示有效的资源数目，任务必须先获取信号量（信号量计数值-1）才能获取资源控制权，当计数值减为零时表示没有的资源。当任务使用完资源后，必须释放信号量（信号量计数值+1），信号量创建时计数值应等于最大资源数目

二、计数型信号量相关API函数

使用计数型信号量的过程：创建计数型信号量 - 释放信号量 - 获取信号量，该方法与使用二值信号量一致：

函数	描述
`xSemaphoreCreateCounting( )`	使用动态方法创建计数型信号量
`uxSemaphoreGetCount( )`	获取信号量的计数值

2.1.动态方法创建计数型信号量

此函数用于使用动态方式创建计数型信号量，创建计数型信号量所需的内存，由 FreeRTOS 从 FreeRTOS 管理的堆中进行分配。该函数实际上是一个宏定义，在 semphr.h 中有定义，具体的代码如下所示：

c 复制代码

#define xSemaphoreCreateCounting(uxMaxCount, uxInitialCount)      
		xQueueCreateCountingSemaphore((uxMaxCount),       
									  (uxInitialCount))

下面表格是它的形参和描述：

形参	描述
uxMaxCount	计数值的最大值限定
uxInitialCount	计数值的初始值

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
NULL	创建失败
其他值	创建成功返回计数型信号量的句柄

2.2.获取信号量的计数值

此函数用于获取信号量当前计数值的大小：

c 复制代码

#define uxSemaphoreGetCount(xSemaphore)
		uxQueueMessagesWaiting((QueueHandle_t)(xSemaphore))

下面表格是它的形参和描述：

形参	描述
xSemaphore	信号量的句柄

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
整数	当前信号量的计数值大小

三、实验

3.1.实验设计

本实验将设计三个任务：

start_task：用来创建 task1 和 task2 任务
task1：用于按键扫描，当检测到按键 KEY0 被按下时，释放计数型信号量
task2：每过一秒获取一次计数型信号量，当成功获取后打印信号量计数值

3.2.软件设计

和二值信号量创建一样，再入口函数里面创建，定义了最大释放数值为 10，从 0 开始计数：

c 复制代码

QueueHandle_t count_semphr_handle;	//定义这个计数型信号量的句柄
void freertos_demo(void)
{
	count_semphr_handle = xSemaphoreCreateCounting(10,0);
	if(count_semphr_handle != NULL)
	{
		printf("计数型信号量创建成功\r\n");
	}
	
    xTaskCreate((TaskFunction_t)    start_task,
                (char*)             "start_task",
                (uint16_t)          START_TASK_STACK_SIZE,
                (void*)             NULL,
                (UBaseType_t)       START_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*)     &start_task_handler);
    vTaskStartScheduler();  		
}

下面是 task1 的代码，按下按键，就释放一次信号量，最多只能释放到 10：

c 复制代码

void task1(void *pvParameters)
{
	uint8_t key = 0;
	BaseType_t err = 0;
	while(1)
	{
		key = key_scan(0);
		if(key == KEY0_PRES)
		{
			err = xSemaphoreGive(count_semphr_handle);
			if(err == pdPASS)
			{
				printf("信号量释放成功\r\n");
			}
		}
	}
}

下面是 task2 的代码，每个 2s 就消耗一次资源，当资源为 0 时，task2 进入阻塞态，需要 task1 按键按下才有资源运行：

c 复制代码

void task2(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		xSemaphoreTake(count_semphr_handle, portMAX_DELAY);
		printf("还剩%d资源\r\n",uxSemaphoreGetCount(count_semphr_handle));
		vTaskDelay(2000);
	}
}

下图是运行结果，为什么一开始按下按键就显示还剩 0 资源，因为按下按键之后，代码顺序是先消耗，再打印结果出来：