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FreeRTOS二值信号量

发表于
作者 lixinghui 7 分钟阅读

二值信号量

1. 信号量简介

信号量一般用来进行资源管理和任务同步，FreeRTOS中信号量又分为二值信号量、计数型信号量、互斥信号量和递归互斥信号量。

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            |----- Binary
            |
Samaphore -------- Count
            |
			|               |-- RecursiveMutex
			|----- Mutex   ---
			                |-- Mutex

2. 二值信号量简介

二值信号量即任务与中断间或者两个任务间的标志，该标志非 “满” 即“空”。也可以理解为只有一个队列项的队列，该队列要么是满要么是空，Send 操作相当把该标志置“满”，Receive 操作相关与把该标志取 “空”，经过 send 和 receive 操作实现任务与中断间或者两任务的操作同步。二值信号量的使用方法如下图所示

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3. 二值信号量的函数应用

3.1 创建二值信号量
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/********************动态创建二值信号量**********************************************/
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary(void);
/********************静态创建二值信号量**********************************************/
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinaryStatic(StaticSemaphore_t *pxSemaphoreBuffer);
参数：pxSemaphoreBuffer指向一个StaticSemaphore_t类型的变量，用来保存信号量结构体
/***********************************************************************************/
返回值：创建成功返回二值信号量句柄；失败返回NULL

二值信号量创建函数是一个宏，最终是通过 xQueueGenericCreate() 函数来完成，其源码如下：

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/*其实就是创建了一个长度为1、队列项长度为0、类型为二值信号量的队列*/
#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
#define xSemaphoreCreateBinary() 						\
xQueueGenericCreate((UBaseType_t) 1, 					\
					semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, 	\
					queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE)	\
#endif
3.2 释放信号量
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/********************任务级信号量释放**********************************************/
BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t  xSemaphore)
/********************中断级信号量释放**********************************************/
BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,//要释放的信号量句柄
                         BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)//标记退出后是否切换任务
/***********************************************************************************/
返回值：释放成功返回pdPASS;释放失败返回errQUEUE_FULL

二值信号量释放函数 xSemaphoreGive() 是一个宏，其实就是向队列发送消息，其源码如下：

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/*其实就是没有具体消息、阻塞时间为0、后向入队的入队过程*/
#define xSemaphoreGive(xSemaphore)				\
xQueueGenericSend((QueueHandle_t) (xSemaphore), \
				  NULL, 						\
				  semGIVE_BLOCK_TIME, 			\
				  queueSEND_TO_BACK)			\
3.3 获取信号量
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/********************任务级信号量获取**********************************************/
BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t  xSemaphore//要获取的信号量句柄
						  TickType_t xBlockTime)//阻塞时间
/********************中断级信号量获取**********************************************/
BaseType_t xSemaphoreTakeFromISR(SemaphoreHandle_t xSemaphore,//要获取的信号量句柄
                         BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)//标记退出后是否切换任务
/***********************************************************************************/
返回值：获取成功返回pdPASS;释放失败返回pdFALSE

获取信号量函数也是一个宏，其实就是读取队列的过程，其源码如下

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#define xSemaphoreTake(xSemaphore, xBlockTime)		\
xQueueGenericReceive((QueueHandle_t) (xSemaphore), 	\
					 NULL, 							\
					 (xBlockTime), 					\
					 pdFALSE)						\

4. 二值信号量的应用实例

本实例介绍如何使用二值信号量来完成任务与中断之间的同步。

使用 STM32CubeMX 将 FreeRTOS 移植到工程中，创建两个任务、一个二值信号量，开启串口中断。

LED_Task：闪烁 LED1，提示系统运行正常 CMDprocess_Task：根据串口收到的指令，控制不同的 LED2/LED3 的亮灭 二值信号量：用于串口中断和 CMDprocess_Task 任务间的同步

4.1 STM32CubeMX 设置
  • RCC 设置外接 HSE，时钟设置为 72M
  • PC0/PC1/PC2 设置为 GPIO 推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
  • USART1 选择为异步通讯方式，波特率设置为 115200Bits/s，传输数据长度为 8Bit，无奇偶校验，1 位停止位；开启串口中断
  • 激活 FreeRTOS，添加任务，设置任务名称、优先级、堆栈大小、函数名称等参数

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  • 动态创建二值信号量

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  • 使用 FreeRTOS 操作系统，一定要将 HAL 库的 Timebase Source 从 SysTick 改为其他定时器，选好定时器后，系统会自动配置 TIM
  • 输入工程名，选择路径（不要有中文），选择 MDK-ARM V5；勾选 Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击 GENERATE CODE，生成工程代码
4.2 MDK-ARM 软件编程
  • 添加 LEDTask、CMDprocessTask 任务函数代码
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/******************LEDTask**************************/
void LEDTask(void const * argument){
  for(;;){
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    osDelay(500);
  }
}
/******************CMDprocessTask*******************/
void CMDprocessTask(void const * argument){
  BaseType_t err = pdFALSE;
  for(;;){
    if(BinarySemHandle != 0){
	  err = xSemaphoreTake(BinarySemHandle,portMAX_DELAY);
	  if(err == pdPASS){
		printf("CMDprocessTask take the binary Semaphore!\r\n");
		printf("Received CMD is:");
		for(int i =0;i<8;i++)
		  printf("%c",RxBuff[i]);
		printf("\n");
				
		if(strncmp((char *)RxBuff,"LED2on",6) == 0)
		  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);		
		else if(strncmp((char *)RxBuff,"LED2off",6) == 0)
		  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);	
		else if(strncmp((char *)RxBuff,"LED3on",6) == 0)
		  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);	
		else if(strncmp((char *)RxBuff,"LED3off",6) == 0)
		  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);	
		else
		  printf("invalid CMD,please input LED2on LED2off LED3on or LED3off\r\n");
				
	  }
	  else
		osDelay(10);
	}
  }
}
  • 添加串口中断回调函数：串口接收完命令后释放二值信号量
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void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){  
  RxBuff[Rx_Count++]=RxByte;	
  if((RxByte==0x0A)&&(BinarySemHandle!=0)){
	xSemaphoreGiveFromISR(BinarySemHandle,NULL);	
	printf("Semaphore Give FromISR succesed!\r\n");
	Rx_Count=0;
  }
	
  if(Rx_Count > 8){
	printf("Wrong CMD, Please Check...!\r\n");
	memset(RxBuff,0,sizeof(RxBuff));
	Rx_Count=0;
  }	
  while(HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&RxByte,1)==HAL_OK);
}
  • 在 main.c 中开启串口接收中断
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int main(void){
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("BinarySemaphore test....\r\n");
  if(HAL_OK == HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&RxByte,1))
	printf("UART_Receive_IT successed!\r\n");
  else 
	printf("UART_Receive_IT failed!\r\n");
  /* USER CODE END 2 */
  MX_FREERTOS_Init(); 
  osKernelStart();
  while (1)
  {
  }
}
4.3 下载验证

编译无误下载到开发板后，打开串口调试助手，LED1 闪烁表示程序正常运行；串口中输入字符串 “LED2on、LED2off、LED3on、LED3off” 可以控制 LED2/LED3 的亮灭并打印出相应的二值信号量的释放和获取的信息

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以上转载自博主“安迪西嵌入式”的FreeRTOS专栏，仅作学习记录，如有侵权，请联系删除。

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