【FreeRTOS】互斥量的使用与逐步实现

た入场券 2024-03-26 22:30 30阅读 0赞

> 在FreeRTOS中，互斥量是一种用于保护共享资源的同步机制。它通过二进制信号量的方式，确保在任意时刻只有一个任务可以获取互斥量并访问共享资源，其他任务将被阻塞。使用互斥量的基本步骤包括创建互斥量、获取互斥量、访问共享资源和释放互斥量。互斥量在FreeRTOS中起到了重要的作用，保护共享资源的访问，提供了一种有效的同步机制，确保任务之间的协作和数据的一致性。

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#### 文章目录 ####

*   *  互斥量的理解
     *  互斥量使用的相关函数
     *  使用互斥量的步骤
     *  示例代码

### 互斥量的理解 ###

在FreeRTOS中，互斥量是一种用于保护共享资源的同步机制。它是一种二进制信号量，只有两种状态：可用和不可用。当互斥量可用时，一个任务可以获取互斥量并访问共享资源，而其他任务将被阻塞。当互斥量不可用时，任务将等待直到互斥量可用。

### 互斥量使用的相关函数 ###

1.  `xSemaphoreCreateMutex()`
    
     *  **作用**：创建一个互斥量。
     *  **原型**：`SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex(void)`
     *  **参数**：无。
     *  **返回值**：返回一个指向互斥量的句柄（`SemaphoreHandle_t`）。
2.  `xSemaphoreTake()`
    
     *  **作用**：获取（锁定）互斥量。
     *  **原型**：`BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xMutex, TickType_t xTicksToWait)`
     *  **参数**：
        
         *  `xMutex`：互斥量的句柄。
         *  `xTicksToWait`：可选参数，指定等待互斥量的时间，单位为时钟周期（Tick）。
     *  **返回值**：
        
         *  如果成功获取互斥量，则返回`pdPASS`。
         *  如果等待超时或其他原因导致获取失败，则返回`errQUEUE_EMPTY`。
3.  `xSemaphoreGive()`
    
     *  **作用**：释放（解锁）互斥量。
     *  **原型**：`BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xMutex)`
     *  **参数**：`xMutex`：互斥量的句柄。
     *  **返回值**：返回`pdPASS`。

### 使用互斥量的步骤 ###

1.  创建互斥量：使用`xSemaphoreCreateMutex()`函数创建一个互斥量。该函数返回一个指向互斥量的句柄。
2.  获取互斥量：在需要访问共享资源的任务中，使用`xSemaphoreTake()`函数获取互斥量。如果互斥量当前可用，则任务将继续执行。如果互斥量不可用，则任务将被阻塞，直到互斥量可用。
3.  访问共享资源：在获得互斥量后，可以安全地访问共享资源。
4.  释放互斥量：使用`xSemaphoreGive()`函数释放互斥量。这将使得其他任务可以获取互斥量并访问共享资源。

需要注意的是，获取互斥量后，任务应该在访问共享资源后尽快释放互斥量，以便其他任务能够获取互斥量。否则，如果任务长时间持有互斥量，可能会导致其他任务被阻塞，影响系统的响应性能。  
互斥量还有一些其他的使用方式和函数，比如可超时获取互斥量的函数`xSemaphoreTake()`，以及获取互斥量时阻塞的最长时间等。这些功能可以根据具体需求进行使用。

### 示例代码 ###

#include "FreeRTOS.h"
    #include "task.h"
    #include "semphr.h"
    
    // 共享资源
    int sharedResource = 0;
    
    // 互斥量
    SemaphoreHandle_t mutex;
    
    void task1(void *pvParameters)
    {
        
        while (1) {
        
            // 获取互斥量
            xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY);
    
            // 访问共享资源
            sharedResource++;
    
            // 释放互斥量
            xSemaphoreGive(mutex);
    
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }
    
    void task2(void *pvParameters)
    {
        
        while (1) {
        
            // 获取互斥量
            xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY);
    
            // 访问共享资源
            sharedResource--;
    
            // 释放互斥量
            xSemaphoreGive(mutex);
    
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }
    
    int main(void)
    {
        
        // 创建互斥量
        mutex = xSemaphoreCreateMutex();
    
        // 创建任务
        xTaskCreate(task1, "Task 1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);
        xTaskCreate(task2, "Task 2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);
    
        // 启动调度器
        vTaskStartScheduler();
    
        return 0;
    }

在示例中，两个任务分别获取互斥量`mutex`，然后对共享资源`sharedResource`进行操作，并在操作完成后释放互斥量。这样可以确保同时只有一个任务能够访问共享资源，避免了数据竞争的问题。

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