文章目录
- 一、二值信号量简介
- 二、二值信号量相关的API函数
- 2.1.动态方式创建二值信号量
- 2.2.获取信号量
- 2.3.释放信号量
- 三、实验
- 3.1.实验设计
- 3.2.软件设计
一、二值信号量简介
二值信号量的本质是一个队列长度为 1 的队列，该队列就只有空和满两种情况，也就是 0 和 1。通常用于互斥访问或任务同步，与互斥信号量比较类似，但是二值信号量有可能会导致优先级反转问题，所以二值信号量更适用于同步。
二、二值信号量相关的API函数
使用二值信号量的过程：创建二值信号量 - 释放信号量 - 获取信号量。下面表格是二值信号量关于任务间的API函数
| 函数 | 描述 |
|---|---|
xSemaphoreCreateBinary( ) | 使用动态方式创建二值信号量 |
xSemaphoreCreateBinaryStatic( ) | 使用静态方式创建二值信号量 |
xSemaphoreTake( ) | 获取信号量 |
xSemaphoreGive( ) | 释放信号量 |
2.1.动态方式创建二值信号量
动态创建的内存由 FreeRTOS 自动分配，静态创建的内存是由用户分配，该函数是一个宏，而且它与队列所调用的函数xQueueGenericCreate( )是相同的，只不过最后一个参数不一样：
#define xSemaphoreCreateBinary() xQueueGenericCreate(( UBaseType_t ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE)
下面表格是它的返回值：
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| NULL | 创建失败 |
| 其他值 | 创建成功返回二值信号量的句柄 |
2.2.获取信号量
此函数用于获取信号量，如果信号量处于没有资源的状态，那么此函数可以选择将任务进行阻塞，如果成功获取了信号量，那信号量的资源数将会减1，资源数就是操作xQueueSemaphoreTake( )里面的uxMessagesWaiting变量。该函数实际上是一个宏定义，在 semphr.h 文件中有定义，具体的代码如下所示：
#define xSemaphoreTake(xSemaphore, xBlockTime) xQueueSemaphoreTake((xSemaphore), (xBlockTime))
下面表格是它的形参和描述：
| 形参 | 描述 |
|---|---|
| xSemaphore | 要获得的信号量句柄 |
| xBlockTime | 阻塞时间 |
下面表格是它的返回值：
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| pdTRUE | 获取信号量成功 |
| pdFALSE | 超时，获取信号量失败 |
2.3.释放信号量
此函数用于释放信号量，如果信号量处于资源满的状态，那么此函数可续选择将任务进行阻塞，如果成功释放了信号量，那信号量的资源数将会加1。该函数实际上是一个宏定义，在 semphr.h 文件中有定义，具体的代码如下所示：
#define xSemaphoreGive(xSemaphore) xQueueGenericSend(( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ), NULL, semGIVE_BLOCK_TIME, queueSEND_TO_BACK)
#define semGIVE_BLOCK_TIME ((TickType_t)0U)
下面表格是它的形参和描述：
| 形参 | 描述 |
|---|---|
| xSemaphore | 要释放的信号量句柄 |
下面表格是它的返回值：
| 返回值 | 描述 |
|---|---|
| pdPASS | 释放信号量成功 |
| errQUEUE_FULL | 释放信号量失败 |
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
- task1：用于按键扫描，当检测到按键 KEY0 被按下时，释放二值信号量
- task2：获取二值信号量，当成功获取后打印提示信息
3.2.软件设计
在入口函数里面创建二值信号量：
void freertos_demo(void)
{semphr_handle = xSemaphoreCreateBinary();if(semphr_handle != NULL){printf("二值信号量创建成功\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();
}接下来编写 task1：
void task1(void *pvParameters)
{uint8_t key = 0;BaseType_t err = 0;while(1){key = key_scan(0);if(key == KEY0_PRES){err = xSemaphoreGive(semphr_handle);if(err == pdPASS){printf("信号量释放成功\r\n");}}}
}接下来是 task2，里面实现了将时间限制在 3s 之内，如果 3s 之内不按下 KEY0 按键来释放信号量，就提示超时多少次，直到按下按键才提示获取信号量成功：
void task2(void *pvParameters)
{BaseType_t err = 0;uint8_t i = 0;while(1){err = xSemaphoreTake(semphr_handle, 3000);if(err == pdFALSE){printf("超时,%d\r\n",++i);}else if(err == pdTRUE){printf("获取信号量成功\r\n");}}
}下图是结果图，因为本实验将 task2 的任务优先级设置为 3，task1 的任务优先级设置为 2，所以出现了先获取信号量，再出现信号量释放成功，当程序执行到 task1 的xSemaphoreGive( )函数，task2 就抢占了CPU了，导致还没将 task1 的printf打印出来：
