freeRTOS学习日记

六、二值信号量

什么是信号量？

信号量（SeMaphore），是在多任务环境下使用的一种机制，是可以用来保证两个或多个关

键代码段不被并发调用。

信号量这个名字，我们可以把它拆分来看，信号可以起到通知信号的作用，然后我们的量还

可以用来表示资源的数量，当我们的量只有0和1的时候，它就可以被称作二值信号量，只有

两个状态，当我们的那个量没有限制的时候，它就可以被称作为计数型信号量。
信号量也是队列的一种。|

什么是二值信号量？

二值信号量其实就是一个长度为1，大小为零的队列，只有0和1两种状态，通常情况下，我

们用它来进行互斥访问或任务同步。

互斥访问：比如门钥匙，只有获取到钥匙才可以开门

任务同步：比如我录完视频你才可以看视频

二值信号量相关API函数

创建二值信号量
cpp 复制代码
```
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void)
```
参数:

无
返回值：

成功，返回对应二值信号量的句柄；

失败，返回NULL。
释放二值信号量
cpp 复制代码
```
BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xSemaphore)
```
参数:
xSemaphore：要释放的信号量句柄
返回值：
成功，返回 pdPASS；
失败，返回errQUEUE_FULL。
获取二值信号量

cpp 复制代码

BaseType_t xSemaphoreTake(
                        SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                        TickType_t xTicksToWait 
);

参数:

xSemaphore：要获取的信号量句柄

xTicksToWait：超时时间，0表示不超时，portMAX_DELAY表示卡死等待；
返回值：

成功，返回 pdPASS；

失败，返回errQUEUE_FULL。

七、计数型信号量

什么是计数型信号量？

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。

计数型信号量相关API函数

计数型信号量的释放和获取与二值信号量完全相同！

cpp 复制代码

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting(
                                        UBaseType_tuxMaxCount,
                                        UBaseType_tuxInitialCount
                                        );

参数:

uxMaxCount：可以达到的最大计数值

uxInitialCount：创建信号量时分配给信号量的计数值
返回值：

成功，返回对应计数型信号量的句柄；

失败，返回NULL。

八、互斥量

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。

什么是优先级翻转？

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，TaskH运行后将被阻

塞，直到TaskL释放信号量后，TaskH才能够退出阻塞状态继续运行。但是TaskH在等待

TaskL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TaskH阻塞了更长时间，这种现象称为优先级倒置或反转。
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！

cpp 复制代码

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。

九、事件标志组

什么是事件标志组？

事件标志位： 表明某个事件是否发生，联想：全局变量flag。通常按位表示，每一个位表示

一个事件（高8位不算）
事件标志组 是一组事件标志位的集合，可以简单的理解事件标志组，就是一个整数。

事件标志组本质是一个16位或32位无符号的数据类型EventBits_t，由configUSE_16_BIT_TICKS决定。

虽然使用了32位无符号的数据类型变量来存储事件标志，但其中的高8位用作存储事件标志

组的控制信息，低24位用作存储事件标志，所以说一个事件组最多可以存储24个事件标志!

事件标志组相关API函数

创建事件标志位
cpp 复制代码
```
EventGroupHandle_t xEventGroupCreate(void ）;
```
参数:

无
返回值：

成功，返回对应事件标志组的句柄；

失败，返回NULL。
设置事件标志位
cpp 复制代码
```
EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup,
const EventBits_tuxBitsToSet );
```
参数:

xEventGroup：对应事件组句柄。

uxBitsToSet：指定要在事件组中设置的一个或多个位的按位值。
返回值：

设置之后事件组中的事件标志位值。
清除事件标志位
cpp 复制代码
```
EventBits_t xEventGroupClearBits(EventGroupHandle_t xEventGroup,
const EventBits_t uxBitsToClear
```
参数:

xEventGroup：对应事件组句柄。

uxBitsToClear：指定要在事件组中清除的一个或多个位的按位值。
返回值：

清零之前事件组中事件标志位的值。
等待事件标志位
cpp 复制代码
```
EventBits_t xEventGroupwaitBits
const EventGroupHandle_t xEventGroup,
const EventBits_t uxBitsToWaitFor,
const BaseType_t xClearOnExit,
const BaseType_t xWaitForAllBits，
TickType_t xTicksToWait ）;
```
参数:

xEventGroup：对应的事件标志组句柄

uxBitsToWaitFor：指定事件组中要等待的一个或多个事件位的按位值

xClearOnExit：pdTRUE------清除对应事件位，pdFALSE------不清除

xWaitForAlIBits：pdTRUE------所有等待事件位全为1（逻辑与），pdFALSE---等待的事件

位有一个为1（逻辑或）

xTicksToWait:超时
返回值：

等待的事件标志位值：等待事件标志位成功，返回等待到的事件标志位

其他值：等待事件标志位失败，返回事件组中的事件标志位

十、任务通知

什么十任务通知？

FreeRTOS从版本V8.2.0开始提供任务通知这个功能，每个任务都有一个32位的通知值。

按照FreeRTOS官方的说法，使用消息通知比通过二进制信号量方式解除阻塞任务快45%，并且更加省内存（无需创建队列）。

在大多数情况下，任务通知可以替代二值信号量、计数信号量、事件标志组，可以替代长度

为1的队列（可以保存一个32位整数或指针值），并且任务通知速度更快、使用的RAM更

少！

任务通知值得更新方式

FreeRTOS提供以下几种方式发送通知给任务：

·发送消息给任务，如果有通知未读，不覆盖通知值
·发送消息给任务，直接覆盖通知值
·发送消息给任务，设置通知值的一个或者多个位
·发送消息给任务，递增通知值

通过对以上方式的合理使用，可以在一定场合下替代原本的队列、信号量、事件标志组等。

任务通知的优势和劣势

任务通知的优势

使用任务通知向任务发送事件或数据，比使用队列、事件标志组或信号量快得多。
使用其他方法时都要先创建对应的结构体，使用任务通知时无需额外创建结构体。

任务通知的劣势

只有任务可以等待通知，中断服务函数中不可以，因为中断没有**TCB（**在任务中开辟一个空间）。
通知只能一对一，因为通知必须指定任务。
等待通知的任务可以被阻塞，但是发送消息的任务，任何情况下都不会被阻塞等待。
任务通知是通过更新任务通知值来发送数据的，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保持一个数据。

任务通知相关API函数

发送通知
cpp 复制代码
```
BaseType_t xTaskNotify(TaskHandle_t xTaskToNotify,
uint32_t ulValue,
eNotifyAction eAction ）;
```
参数：
xTaskToNotify：需要接收通知的任务句柄；
ulValue：用于更新接收任务通知值，具体如何更新由形参eAction决定；
eAction：一个枚举，代表如何使用任务通知的值；

返回值：
如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回
pdFALSE，而其他情况均返回pdPASS。
cpp 复制代码
```
BaseType_t xTaskNotifyAndQuery(TaskHandle_t xTaskToNotify,
uint32_t ulValue,
eNotifyAction eAction,
uint32_t *pulPreviousNotifyValue ）;
```
参数:

xTaskToNotify：需要接收通知的任务句柄；

ulValue：用于更新接收任务通知值，具体如何更新由形参eAction决定；

eAction：一个枚举，代表如何使用任务通知的值；

pulPreviousNotifyValue：对象任务的上一个任务通知值，如果为NULL，则不需要回传，这个时候就等价于函数xTaskNotify( )。
返回值：

如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回

pdFALSE，而其他情况均返回pdPASS。
cpp 复制代码
```
BaseType_t xTaskNotifyGive(TaskHandle_t xTaskToNotify);
```
参数:

xTaskToNotify：接收通知的任务句柄，并让其首身的任务通知值加1。
返回值：

总是返回pdPASS。
等待通知
等待通知API函数只能用在任务，不可应用于中断中！
cpp 复制代码
```
uint32_t ulTaskNotifyTake(BaseType_t xClearCountOnExit,
TickType_t xTicksToWait );
```
参数:
xClearCountOnExit：指定在成功接收通知后，将通知值清零或减1，pdTRUE：把通知值清
零（二值信号量）；pdFALSE：把通知值减一（计数型信号量）；
xTicksToWait：阻塞等待任务通知值的最大时间；
返回值：
0：接收失败
非0：接收成功，返回任务通知的通知值
cpp 复制代码
```
BaseType_t xTaskNotifyWait(uint32_t ulBitsToClearOnEntry,
uint32_t ulBitsToClearOnExit,
uint32_t *pulNotificationValue,
TickType_t xTicksToWait);
```
ulBitsToClearOnEntry：函数执行前清零任务通知值那些位。
ulBitsToClearOnExit：表示在函数退出前，清零任务通知值那些位，在清0前，接收到的任
务通知值会先被保存到形参*pulNotificationValue中。
pulNotificationValue：用于保存接收到的任务通知值。如果不需要使用，则设置为NULL
即可。
xTicksToWait：等待消息通知的最大等待时间。