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這篇文章主要介紹“FreeRTOS信號(hào)量API函數(shù)怎么用”的相關(guān)知識(shí),小編通過實(shí)際案例向大家展示操作過程,操作方法簡(jiǎn)單快捷,實(shí)用性強(qiáng),希望這篇“FreeRTOS信號(hào)量API函數(shù)怎么用”文章能幫助大家解決問題。
FreeRTOS的信號(hào)量包括二進(jìn)制信號(hào)量、計(jì)數(shù)信號(hào)量、互斥信號(hào)量(以后簡(jiǎn)稱互斥量)和遞歸互斥信號(hào)量(以后簡(jiǎn)稱遞歸互斥量)。我們可以把互斥量和遞歸互斥量看成特殊的信號(hào)量。
信號(hào)量API函數(shù)實(shí)際上都是宏,它使用現(xiàn)有的隊(duì)列機(jī)制。這些宏定義在semphr.h文件中。如果使用信號(hào)量或者互斥量,需要包含semphr.h頭文件。
二進(jìn)制信號(hào)量、計(jì)數(shù)信號(hào)量和互斥量信號(hào)量的創(chuàng)建API函數(shù)是獨(dú)立的,但是獲取和釋放API函數(shù)都是相同的;遞歸互斥信號(hào)量的創(chuàng)建、獲取和釋放API函數(shù)都是獨(dú)立的。
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void );
這個(gè)函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)量。二進(jìn)制信號(hào)量要么有效要么無效,這也是為什么叫做二進(jìn)制的原因。
新創(chuàng)建的信號(hào)量處于無效狀態(tài),這意味著使用API函數(shù)xSemaphoreTake()獲取信號(hào)之前,需要先給出信號(hào)。
二進(jìn)制信號(hào)量和互斥量非常相似,但也有細(xì)微的區(qū)別:互斥量具有優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制,二進(jìn)制信號(hào)量沒有這個(gè)機(jī)制。這使得二進(jìn)制信號(hào)量更適合用于同步(任務(wù)之間或者任務(wù)和中斷之間),互斥量更適合互鎖。
一旦獲得二進(jìn)制信號(hào)量后不需要恢復(fù),一個(gè)任務(wù)或中斷不斷的產(chǎn)生信號(hào),而另一個(gè)任務(wù)不斷的取走這個(gè)信號(hào),通過這樣的方式來實(shí)現(xiàn)同步。
低優(yōu)先級(jí)任務(wù)擁有互斥量的時(shí)候,如果另一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)也企圖獲取這個(gè)信號(hào)量,則低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)會(huì)被臨時(shí)提高,提高到和高優(yōu)先級(jí)任務(wù)相同的優(yōu)先級(jí)。這意味著互斥量必須要釋放,否則高優(yōu)先級(jí)任務(wù)將不能獲取這個(gè)互斥量,并且那個(gè)擁有互斥量的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)也永遠(yuǎn)不會(huì)被剝奪,這就是操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)。
互斥量和二進(jìn)制信號(hào)量都是SemaphoreHandle_t類型,并且可以用于任何具有這類參數(shù)的API函數(shù)中。
1.2返回值
NULL:創(chuàng)建信號(hào)量失敗,因?yàn)镕reeRTOS堆棧不足。 其它值:信號(hào)量創(chuàng)建成功。這個(gè)返回值存儲(chǔ)著信號(hào)量句柄。
1.3用法舉例
SemaphoreHandle_t xSemaphore; void vATask( void * pvParameters ) { /* 創(chuàng)建信號(hào)量 */ xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary(); if( xSemaphore == NULL ) { /* 因堆棧不足,信號(hào)量創(chuàng)建失敗,這里進(jìn)行失敗處理*/ } else { /* 信號(hào)量可以使用。信號(hào)量句柄存儲(chǔ)在變量xSemahore中。 如果在這里調(diào)用API函數(shù)xSemahoreTake()來獲取信號(hào)量, 則必然是失敗的,因?yàn)閯?chuàng)建的信號(hào)量初始是無效(空)的。*/ } }
2.1函數(shù)描述
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting ( UBaseType_t uxMaxCount, UBaseType_t uxInitialCount )
創(chuàng)建計(jì)數(shù)信號(hào)量,計(jì)數(shù)信號(hào)量通常用于以下兩種情況:
事件計(jì)數(shù):在這種應(yīng)用場(chǎng)合,每當(dāng)事件發(fā)生,事件處理程序會(huì)“產(chǎn)生”一個(gè)信號(hào)量(信號(hào)量計(jì)數(shù)值會(huì)遞增),每當(dāng)處理任務(wù)處理事件,會(huì)取走一個(gè)信號(hào)量(信號(hào)量計(jì)數(shù)值會(huì)遞減)。因此,事件發(fā)生或者事件被處理后,計(jì)數(shù)值是會(huì)變化的。
資源管理:在這種應(yīng)用場(chǎng)合下,計(jì)數(shù)值表示有效資源的數(shù)目。為了獲得資源,任務(wù)首先要獲得一個(gè)信號(hào)量---遞減信號(hào)量計(jì)數(shù)值。當(dāng)計(jì)數(shù)值為0時(shí),表示沒有可用的資源。當(dāng)占有資源的任務(wù)完成,它會(huì)釋放這個(gè)資源,相應(yīng)的信號(hào)量計(jì)數(shù)值會(huì)增一。計(jì)數(shù)值達(dá)到初始值(最大值)表示所有資源都可用。
2.2參數(shù)描述
uxMaxCount
:最大計(jì)數(shù)值,當(dāng)信號(hào)到達(dá)這個(gè)值后,就不再增長(zhǎng)了。
uxInitialCount
:創(chuàng)建信號(hào)量時(shí)的初始值。
2.3返回值
NULL表示信號(hào)量創(chuàng)建失敗,否則返回信號(hào)量句柄。
2.4用法舉例
void vATask( void * pvParameters ) { xSemaphoreHandle xSemaphore; // 必須先創(chuàng)建信號(hào)量,才能使用它 // 信號(hào)量可以計(jì)數(shù)的最大值為10,計(jì)數(shù)初始值為0. xSemaphore = xSemaphoreCreateCounting( 10, 0 ); if( xSemaphore != NULL ) { // 信號(hào)量創(chuàng)建成功 // 現(xiàn)在可以使用信號(hào)量了。 } }
3.1函數(shù)描述
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void )
創(chuàng)建互斥量。
可以使用API函數(shù)xSemaphoreTake()和xSemaphoreGive()訪問互斥量,但是絕不可以用xSemaphoreTakeRecursive()和xSemaphoreGiveRecursive()訪問。
二進(jìn)制信號(hào)量和互斥量非常相似,但也有細(xì)微的區(qū)別:互斥量具有優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制,二進(jìn)制信號(hào)量沒有這個(gè)機(jī)制。這使得二進(jìn)制信號(hào)量更適合用于同步(任務(wù)之間或者任務(wù)和中斷之間),互斥量更適合互鎖。
一旦獲得二進(jìn)制信號(hào)量后不需要恢復(fù),一個(gè)任務(wù)或中斷不斷的產(chǎn)生信號(hào),而另一個(gè)任務(wù)不斷的取走這個(gè)信號(hào),通過這樣的方式來實(shí)現(xiàn)同步。
低優(yōu)先級(jí)任務(wù)擁有互斥量的時(shí)候,如果另一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)也企圖獲取這個(gè)信號(hào)量,則低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)會(huì)被臨時(shí)提高,提高到和高優(yōu)先級(jí)任務(wù)相同的優(yōu)先級(jí)。這意味著互斥量必須要釋放,否則高優(yōu)先級(jí)任務(wù)將不能獲取這個(gè)互斥量,并且那個(gè)擁有互斥量的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)也永遠(yuǎn)不會(huì)被剝奪,這就是操作系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)。
互斥量和二進(jìn)制信號(hào)量都是SemaphoreHandle_t類型,并且可以用于任何具有這類參數(shù)的API函數(shù)中。
3.2返回值
NULL表示信號(hào)量創(chuàng)建失敗,否則返回信號(hào)量句柄。
3.3用法舉例
xSemaphoreHandle xSemaphore; voidvATask( void * pvParameters ) { // 互斥量在未創(chuàng)建之前是不可用的 xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex(); if( xSemaphore != NULL ) { // 創(chuàng)建成功 // 在這里可以使用這個(gè)互斥量了 } }
4.1函數(shù)描述
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateRecursiveMutex( void )
用于創(chuàng)建遞歸互斥量。被創(chuàng)建的互斥量可以被API函數(shù)xSemaphoreTakeRecursive()和xSemaphoreGiveRecursive()使用,但不可以被API函數(shù)xSemaphoreTake()和xSemaphoreGive()使用。
遞歸類型的互斥量可以被擁有者重復(fù)獲取。擁有互斥量的任務(wù)必須調(diào)用API函數(shù)xSemaphoreGiveRecursive()將擁有的遞歸互斥量全部釋放后,該信號(hào)量才真正被釋放。比如,一個(gè)任務(wù)成功獲取同一個(gè)互斥量5次,那么這個(gè)任務(wù)要將這個(gè)互斥量釋放5次之后,其它任務(wù)才能獲取到它。
遞歸互斥量具有優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制,因此任務(wù)獲得一次信號(hào)后必須在使用完后做一個(gè)釋放操作。
互斥量類型信號(hào)不可以用在中斷服務(wù)例程中。
4.2返回值
NULL表示互斥量創(chuàng)建失敗,否則返回互斥量句柄。
4.3用法舉例
xSemaphoreHandle xMutex; void vATask( void * pvParameters ) { // 互斥量未創(chuàng)建前是不能被使用的 xMutex = xSemaphoreCreateRecursiveMutex(); if( xMutex != NULL ) { // 創(chuàng)建成功 // 在這里創(chuàng)建互斥量 } }
5.1函數(shù)描述
void vSemaphoreDelete( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
刪除信號(hào)量。如果有任務(wù)阻塞在這個(gè)信號(hào)量上,則這個(gè)信號(hào)量不要?jiǎng)h除。
5.2參數(shù)描述
xSemaphore:信號(hào)量句柄
6.1函數(shù)描述
xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait)
獲取信號(hào)量。信號(hào)量必須是通過API函數(shù)xSemaphoreCreateBinary()、xSemaphoreCreateCounting()和xSemaphoreCreateMutex()預(yù)先創(chuàng)建過的。注意,遞歸互斥量類型信號(hào)量不能使用該函數(shù)、不用在中斷服務(wù)程序中使用該函數(shù)。
6.2參數(shù)描述
xSemaphore
:信號(hào)量句柄
xTickToWait
:信號(hào)量無效時(shí),任務(wù)最多等待的時(shí)間,單位是系統(tǒng)節(jié)拍周期個(gè)數(shù)。使用宏portTICK_PERIOD_MS可以輔助將系統(tǒng)節(jié)拍個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際時(shí)間(以毫秒為單位)。如果設(shè)置為0,表示不是設(shè)置等待時(shí)間。如果INCLUDE_vTaskSuspend設(shè)置為1,并且參數(shù)xTickToWait為portMAX_DELAY則可以無限等待。
6.3返回值
成功獲取到信號(hào)量返回pdTRUE,否則返回pdFALSE。
6.4用法舉例
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL; /*這個(gè)任務(wù)創(chuàng)建信號(hào)量 */ void vATask( void * pvParameters ) { /*創(chuàng)建互斥型信號(hào)量,用于保護(hù)共享資源。*/ xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex(); } /* 這個(gè)任務(wù)使用信號(hào)量 */ void vAnotherTask( void * pvParameters ) { /* ... 做其它事情. */ if( xSemaphore != NULL ) { /*如果信號(hào)量無效,則最多等待10個(gè)系統(tǒng)節(jié)拍周期。*/ if( xSemaphoreTake( xSemaphore, ( TickType_t ) 10 ) == pdTRUE ) { /*到這里我們獲取到信號(hào)量,現(xiàn)在可以訪問共享資源了*/ /* ... */ /* 完成訪問共享資源后,必須釋放信號(hào)量*/ xSemaphoreGive( xSemaphore ); } else { /* 沒有獲取到信號(hào)量,這里處理異常情況。*/ } } }
7.1函數(shù)描述
xSemaphoreTakeFromISR(SemaphoreHandle_t xSemaphore,
signedBaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)
API函數(shù)xSemaphoreTake()的另一版本,用于中斷服務(wù)程序。
7.2參數(shù)描述
xSemaphore
:信號(hào)量句柄
pxHigherPriorityTaskWoken
:如果*pxHigherPriorityTaskWoken為pdTRUE,則需要在中斷退出前手動(dòng)進(jìn)行一次上下文切換。從FreeRTOS V7.3.0開始,該參數(shù)為可選參數(shù),并可以設(shè)置為NULL。
7.3返回值
信號(hào)量成功獲取返回pdTRUE,否則返回pdFALSE。
8.1函數(shù)描述
xSemaphoreTakeRecursive(SemaphoreHandle_t xMutex, TickType_t xTicksToWait );
獲取遞歸互斥信號(hào)量?;コ饬勘仨毷峭ㄟ^API函數(shù)xSemaphoreCreateRecursiveMutex()創(chuàng)建的類型。
文件FreeRTOSConfig.h中的宏configUSE_RECURSIVE_MUTEXES必須設(shè)置成1,此函數(shù)才有效。
已經(jīng)獲取遞歸互斥量的任務(wù)可以重復(fù)獲取該遞歸互斥量。
使用xSemaphoreTakeRecursive() 函數(shù)成功獲取幾次遞歸互斥量,就要使用xSemaphoreGiveRecursive()函數(shù)返還幾次,在此之前遞歸互斥量都處于無效狀態(tài)。比如,某個(gè)任務(wù)成功獲取5次遞歸互斥量,那么在它沒有返還5次該遞歸互斥量之前,這個(gè)互斥量對(duì)別的任務(wù)無效。
8.2參數(shù)描述
xMutex
:互斥量句柄,必須是使用API函數(shù)xSemaphoreCreateRecursiveMutex()返回的。
xTickToWait
:互斥量無效時(shí),任務(wù)最多等待的時(shí)間,單位是系統(tǒng)節(jié)拍周期個(gè)數(shù)。使用宏portTICK_PERIOD_MS可以輔助將系統(tǒng)節(jié)拍個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際時(shí)間(以毫秒為單位)。如果設(shè)置為0,表示不是設(shè)置等待時(shí)間。如果任務(wù)已經(jīng)擁有信號(hào)量則xSemaphoreTakeRecursive()立即返回,不管xTickToWait是什么值。
8.3返回值
成功獲取遞歸互斥量返回pdTURE,否則返回pdFALSE。
8.4用法舉例
SemaphoreHandle_t xMutex = NULL; // 這個(gè)任務(wù)創(chuàng)建互斥量 void vATask( void *pvParameters ) { // 這個(gè)互斥量用于保護(hù)共享資源 xMutex =xSemaphoreCreateRecursiveMutex(); } //這個(gè)任務(wù)使用互斥量 void vAnotherTask( void *pvParameters ) { // ... 做其它事情. if( xMutex != NULL ) { // 如果互斥量無效,則最多等待10系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍周期. if(xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, ( TickType_t ) 10 ) == pdTRUE ) { // 到這里我們成功獲取互斥量并可以訪問共享資源了 // ... // 由于某種原因,某些代碼需要在一個(gè)任務(wù)中多次調(diào)用API函數(shù) // xSemaphoreTakeRecursive()。當(dāng)然不會(huì)像本例中這樣連續(xù)式 //調(diào)用,實(shí)際代碼會(huì)有更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu) xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, ( TickType_t ) 10 ); xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, ( TickType_t ) 10 ); // 我們獲取一個(gè)互斥量三次,所以我們要將這個(gè)互斥量釋放三次 //它才會(huì)變得有效。再一次說明,實(shí)際代碼可能會(huì)更加復(fù)雜。 xSemaphoreGiveRecursive( xMutex ); xSemaphoreGiveRecursive( xMutex ); xSemaphoreGiveRecursive( xMutex ); // 到這里,這個(gè)共享資源可以被其它任務(wù)使用了. } else { // 處理異常情況 } } }
9.1函數(shù)描述
xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xSemaphore )
用于釋放一個(gè)信號(hào)量。信號(hào)量必須是API函數(shù)xSemaphoreCreateBinary()、xSemaphoreCreateCounting()或xSemaphoreCreateMutex() 創(chuàng)建的。必須使用API函數(shù)xSemaphoreTake()獲取這個(gè)信號(hào)量。
這個(gè)函數(shù)絕不可以在中斷服務(wù)例程中使用,可以使用帶中斷保護(hù)版本的API函數(shù)xSemaphoreGiveFromISR()來實(shí)現(xiàn)相同功能。
這個(gè)函數(shù)不能用于使用API函數(shù)xSemaphoreCreateRecursiveMutex()所創(chuàng)建的遞歸互斥量。
9.2參數(shù)描述
xSemaphore:信號(hào)量句柄。
9.3返回值
信號(hào)量釋放成功返回pdTRUE,否則返回pdFALSE。
9.4用法舉例
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL; voidvATask( void * pvParameters ) { // 創(chuàng)建一個(gè)互斥量,用來保護(hù)共享資源 xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex(); if( xSemaphore != NULL ) { if( xSemaphoreGive( xSemaphore ) != pdTRUE ) { //我們希望這個(gè)函數(shù)調(diào)用失敗,因?yàn)槭紫纫@取互斥量 } // 獲取信號(hào)量,不等待 if( xSemaphoreTake( xSemaphore, ( TickType_t ) 0 ) ) { // 現(xiàn)在我們擁有互斥量,可以安全的訪問共享資源 if( xSemaphoreGive( xSemaphore ) != pdTRUE ) { //我們不希望這個(gè)函數(shù)調(diào)用失敗,因?yàn)槲覀儽仨? //要釋放已獲取的互斥量 } } } }
10.1函數(shù)描述
xSemaphoreGiveFromISR(SemaphoreHandle_t xSemaphore,
signed BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken )
釋放信號(hào)量。是API函數(shù)xSemaphoreGive()的另個(gè)版本,用于中斷服務(wù)程序。信號(hào)量必須是通過API函數(shù)xSemaphoreCreateBinary()或xSemaphoreCreateCounting()創(chuàng)建的。這里沒有互斥量,是因?yàn)榛コ饬坎豢梢杂迷谥袛喾?wù)程序中。
10.2參數(shù)描述
xSemaphore
:信號(hào)量句柄
pxHigherPriorityTaskWoken
:如果*pxHigherPriorityTaskWoken為pdTRUE,則需要在中斷退出前人為的經(jīng)行一次上下文切換。從FreeRTOS V7.3.0開始,該參數(shù)為可選參數(shù),并可以設(shè)置為NULL。
10.3返回值
成功釋放信號(hào)量返回pdTURE,否則返回errQUEUE_FULL。
10.4用法舉例
#define LONG_TIME 0xffff #define TICKS_TO_WAIT 10 SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL; /* Repetitive task. */ void vATask( void * pvParameters ) { /* 我們使用信號(hào)量同步,所以先創(chuàng)建一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)量.必須確保 在創(chuàng)建這個(gè)二進(jìn)制信號(hào)量之前,中斷不會(huì)訪問它。*/ xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary(); for( ;; ) { /* 我們希望每產(chǎn)生10次定時(shí)器中斷,任務(wù)運(yùn)行一次。*/ if( xSemaphoreTake( xSemaphore, LONG_TIME ) == pdTRUE ) { /* 到這里成功獲取到信號(hào)量*/ ... /* 我們成功執(zhí)行完一次,由于這是個(gè)死循環(huán),所以任務(wù)仍會(huì) 阻塞在等待信號(hào)量上。信號(hào)量由ISR釋放。*/ } } } /* 定時(shí)器 ISR */ void vTimerISR( void * pvParameters ) { static unsigned char ucLocalTickCount = 0; static signed BaseType_txHigherPriorityTaskWoken; /*定時(shí)器中斷發(fā)生 */ ...執(zhí)行其它代碼 /*需要vATask() 運(yùn)行嗎? */ xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; ucLocalTickCount++; if( ucLocalTickCount >= TICKS_TO_WAIT ) { /* 釋放信號(hào)量,解除vATask任務(wù)阻塞狀態(tài) */ xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken ); /* 復(fù)位計(jì)數(shù)器 */ ucLocalTickCount = 0; } /* 如果 xHigherPriorityTaskWoken 表達(dá)式為真,需要執(zhí)行一次上下文切換*/ portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); }
11.1函數(shù)描述
xSemaphoreGiveRecursive(SemaphoreHandle_t xMutex )
釋放一個(gè)遞歸互斥量。互斥量必須是使用 API函數(shù)xSemaphoreCreateRecursiveMutex()創(chuàng)建的。文件FreeRTOSConfig.h中宏configUSE_RECURSIVE_MUTEXES必須設(shè)置成1本函數(shù)才有效。
11.2參數(shù)描述
xMutex:互斥量句柄。必須是函數(shù)xSemaphoreCreateRecursiveMutex()返回的值。
11.3返回值
如果遞歸互斥量釋放成功,返回pdTRUE。
11.4用法舉例
見“8 獲取遞歸互斥量”。
12.1函數(shù)描述
TaskHandle_t xSemaphoreGetMutexHolder( SemaphoreHandle_t xMutex );
返回互斥量持有任務(wù)的句柄(如果有的話),互斥量由參數(shù)xMutex指定。
如果調(diào)用此函數(shù)的任務(wù)持有互斥量,那么可以可靠的返回任務(wù)句柄,但是如果是別的任務(wù)持有互斥量,則不總可靠。
文件FreeRTOSConfig.h中宏configUSE_MUTEXES必須設(shè)置成1本函數(shù)才有效。
12.2參數(shù)描述
xMutex:互斥量句柄
12.3返回值
返回互斥量持有任務(wù)的句柄。如果參數(shù)xMutex不是互斥類型信號(hào)量或者雖然互斥量有效但這個(gè)互斥量不被任何任務(wù)持有則返回NULL。
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