FreeRTOS学习笔记-基于stm32（9）信号量总结（二值信号量、计数型信号量、互斥信号量、优先级翻转、优先级继承）

一、什么是信号量

        信号量是一种队列，用于任务间同步和资源管理的机制，主要用来传递状态。就像是一种特殊的“旗子”或“钥匙”，用来在不同的任务之间进行沟通和协调，确保它们能够正确地配合工作，不会互相干扰。

二、二值信号量

        二值信号量相当于长度为1的队列。

        二值信号量的使命就是同步，完成任务与任务或中断与任务之间的同步。大多数情况下都 是中断与任务之间的同步。在任务中尝试读取信号量，当信号量为空时发生阻塞，然后当有事件发生时，在中断中释放信号量，此时在任务中就可以读取信号量从而执行接下来的代码,这样就实现了同步。

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
xSemaphoreGive()	释放信号量
xSemaphoreGiveFromISR()	在中断中释放信号量
xSemaphoreTake()	获取信号量
xSemaphoreTakeFromISR()	在中断中获取信号量

 动态创建二值信号量：

#define xSemaphoreCreateBinary() xQueueGenericCreate( ( UBaseType_t ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE )

        其实就是创建队列的过程；

        该函数没有参数，通过宏定义实际调用的函数有三个默认参数，分别是队列长度：1；队列项大小：0；队列类型：二值信号量；

        返回值：创建成功返回句柄，失败返回NULL。

释放信号量：

#define xSemaphoreGive( xSemaphore )xQueueGenericSend( ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ), NULL, semGIVE_BLOCK_TIME, queueSEND_TO_BACK )

        其实就是向队列发送消息的过程；

        该函数有一个参数，表示要释放的信号量句柄；

        返回值：pdPASS: 释放信号量成功；errQUEUE_FULL: 释放信号量失败。

获取信号量：

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

        获取信号量的过程其实就是读取队列的过程；

        该函数的参数：xSemaphore：表示要获取的信号量句柄； xBlockTime: 表示阻塞时间；

        返回值：pdTRUE: 获取信号量成功；pdFALSE: 超时，获取信号量失败。

三、 计数型信号量

        计数型信号量相当于长度大于 1 的队列。

        计数型信号量通常用于事件计数以及资源管理。

        事件计数：即当每次事件发生的时候就在事件处理函数中释放信号量即信号量计数值+1；资源管理：代表当前资源的可用数量。

函数	描述
xSemaphoreCreateCounting()	使用动态方法创建计数型信号量
xSemaphoreCreateCountingStatic()	使用静态方法创建计数型信号量
xSemaphoreGive()	释放信号量
xSemaphoreGiveFromISR()	在中断中释放信号量
xSemaphoreTake()	获取信号量
xSemaphoreTakeFromISR()	在中断中获取信号量

动态创建计数型信号量 

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

        该函数有两个参数：uxMaxCount： 计数信号量最大计数值，当信号量值等于此值的时候释放信号量就会失败；uxInitialCount： 计数信号量初始值。

        返回值：NULL: 计数型信号量创建失败；其他值: 计数型信号量创建成功，返回计数型信号量句柄。

        获取释放信号量与二值信号量处理函数一致。

四、优先级翻转

        在使用二值信号量的时候会遇到优先级翻转的问题。

        大概就是高优先级的任务与低优先级的任务需要共同使用同一个资源时，如果低优先级的任务先执行了，它会获得对应该资源的信号量，如果此时高优先级的任务触发，它会抢占低优先级任务，但因为低优先级的任务占用着该资源，即信号量为空，此时高优先级任务会被挂起，继续执行低优先级任务，当低优先级任务执行完成释放资源后，高优先级任务才能继续执行。如果低优先级的任务在执行过程中被另一个中等优先级的任务打断，就会导致高优先级的任务迟迟不能执行，这就是优先级翻转。

        那么我们要如何解决优先级翻转的问题呢？答案就是：互斥信号量。

五、互斥信号量

        互斥信号量其实就是一个拥有优先级继承的二值信号量。

        如果低优先级的任务先执行占取互斥信号量，此时高优先级的任务在尝试获取互斥信号量的话就会被阻塞。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，这个过程就是优先级继承。这样就不会出现低优先级的任务在执行过程中被另一个中等优先级的任务打断的情况，从而降低了高优先级任务处于阻塞态的时间。

        互斥信号量不能用于中断服务函数中。

        1.互斥信号量有优先级继承的机制;

        2.要等待互斥信号量从而会进入阻塞态。

函数	描述
xSemaphoreCreateMutex()	使用动态方法创建互斥信号量
xSemaphoreCreateMutexStatic()	使用静态方法创建互斥信号量

动态创建互斥信号量

#define xSemaphoreCreateMutex() xQueueCreateMutex( queueQUEUE_TYPE_MUTEX )

        该函数没有参数；

        返回值： NULL: 互斥信号量创建失败；其他值: 创建成功的互斥信号量的句柄。

        获取释放信号量与二值信号量处理函数一致。