實時操作系統(tǒng)FreeRTOS信號量應用

1.信號量簡介

信號量常用于控制對共享資源的訪問與任務同步。資源共享例如火車票售賣，所有用戶都可以進行買票和退票操作，對于所用用戶來說火車票就是共享資源，當賣出一張票信號量減一、有人退一張票信號量加一，這種案例就屬于計數型信號量。常用的信號量還有二值信號量。例如使用公共電話，同一時間只能一個人使用，此時電話就只有兩種狀態(tài)：使用或者未使用，若將電話這兩個狀態(tài)作為信號量的話則就是二值信號量。
信號量的另一應用場合就是任務同步。用于任務與任務間或任務與中斷間同步。在執(zhí)行中斷服務函數時可以向任務發(fā)送信號量通知任務該事件發(fā)生了，在退出中斷服務函數以后任務調度器的調度下同步的任務就會執(zhí)行。因為中斷服務函數需要快進快出，代碼簡潔，一般在中斷服務函數中設置標志位，然后在其它地方根據標志位來實現具體功能，在FreeRTOS中就可使用信號量來完成此功能。

2.二值信號量

二值信號量通常用于互斥訪問或同步，二值信號量和互斥信號量非常相似，但還是有細微差別，互斥信號量擁有優(yōu)先級繼承機制，二值信號沒有。因此二值信量適合于同步(任務與任務、任務與中斷同步)，而互斥信號量適合于簡單的互斥訪問。
二值信號量其實就是一個只有一個隊列項的隊列，這個特殊的隊列要么是滿的，要么是空的。使用二值信號量必須包含semphr.h頭文件。

3.二值信號量應用示例

此示例通過創(chuàng)建3個任務，start_task、LED0_task、Semaphore_task。通過任務start_task創(chuàng)建另外兩個任務。

#include "freeRTOS.h"
#include "task.h"http://創(chuàng)建相關頭文件
#include "queue.h"http://消息隊列相關頭文件
#include "semphr.h"http://信號量相關頭文件

#define START_TASK_PRIO 1        //任務優(yōu)先級
#define START_STK_SIZE 128       //任務堆棧大小
TaskHandle_t StartTask_Handler;   //任務句柄
void start_task(void *pvParameters);//任務函數

#define LED0_TASK_PRIO 2     //任務優(yōu)先級,數字越大優(yōu)先級越高
#define LED0_STK_SIZE 128     //任務堆棧大小
TaskHandle_t LED0Task_Handler; //任務句柄
void LED0_task(void);         //任務函數

#define Semaphore_TASK_PRIO 2     //任務優(yōu)先級
#define Semaphore_STK_SIZE 128      //任務堆棧大小
TaskHandle_t SemaphoreTask_Handler; //任務句柄
void Semaphore_task(void);          //任務函數

主函數

int main()
{
	Beep_Init();//蜂鳴器初始化
	LED_Init();//LED初始化
	KEY_Init();
	Usart1_Init(115200);//串口1初始化
	TIMx_Init(TIM2,72,20000);//20ms
	TIMx_Init(TIM3,7200,5000);//500ms
	TIM3->CR1|=1<<0;
	/*創(chuàng)建任務*/
	xTaskCreate((TaskFunction_t)start_task,//任務函數
							(const char *)"start_task",//任務名稱	
							(uint16_t)START_STK_SIZE,//堆棧大小
							NULL,           //傳遞給任務函數的參數
							(UBaseType_t)START_TASK_PRIO,//任務優(yōu)先級
							(TaskHandle_t *)&StartTask_Handler//任務句柄
							);
	vTaskStartScheduler();     //開啟任務調度		
}	

開始任務

SemaphoreHandle_t BinarySemaphore;	//二值信號量句柄
/*開始任務函數*/
void start_task(void *pvParameters)
{
	taskENTER_CRITICAL();  //進入臨界區(qū)
	/*創(chuàng)建二值信號量*/
	BinarySemaphore=xSemaphoreCreateBinary();//創(chuàng)建二值信號量
	//創(chuàng)建LED0任務
	xTaskCreate( (TaskFunction_t  )LED0_task,//任務函數
							(const char    *)"LED0_task",//任務名稱
							 (uint16_t)LED0_STK_SIZE,//堆棧大小
								NULL,           //傳遞給任務函數的參數
							 (UBaseType_t   )LED0_TASK_PRIO,//任務優(yōu)先級
							 (TaskHandle_t *)&LED0Task_Handler);//任務句柄

	xTaskCreate(  (TaskFunction_t )Semaphore_task,//任務函數
							(const char    *)"Semaphore_task",//任務名稱
							(uint16_t )Semaphore_STK_SIZE,//堆棧大小
								NULL,           //傳遞給任務函數的參數
							(UBaseType_t    )Semaphore_TASK_PRIO,//任務優(yōu)先級
		                   (TaskHandle_t  *)&SemaphoreTask_Handler);//任務句柄

	vTaskDelete(StartTask_Handler); //刪除開始任務	
	taskEXIT_CRITICAL();    //退出臨界區(qū)					
}

LED0任務，此任務1000ms進行LED翻轉

void LED0_task(void)
{
	while(1)
	{
		LED1=!LED1;
		Delay_Ms(1000);	
	}
}

Semaphore函數，此任務函數獲取信號量，處理串口1中斷接收數據。

void Semaphore_task(void)//任務函數
{
	BaseType_t err=pdFALSE;
	while(1)
	{
		if(BinarySemaphore!=NULL)
		{
			err=xSemaphoreTake(BinarySemaphore,portMAX_DELAY);	//獲取信號量
			if(err==pdTRUE)
			{
				usart1_rx_buff[usart1_cnt]='\0';
				printf("rx=%s\r\n",usart1_rx_buff);
				usart1_cnt=0;
			}
		}
	}
}

串口中斷服務函數

#include "FreeRTOS.h"					//FreeRTOS使用
#include "task.h" 
#include "queue.h"	 //消息隊列
#include "semphr.h"http://信號量
u8 usart1_rx_buff[1024];//串口1接收數據緩沖區(qū)
u16 usart1_cnt=0;//保存數組下班
u8 usart1_flag;//接收完成標志符
extern SemaphoreHandle_t BinarySemaphore;	//二值信號量句柄
void USART1_IRQHandler(void)
{
	u8 c;
	BaseType_t pxHigherPriorityTaskWoken;//保存任務是否需要切換的值
	if(USART1->SR&1<<5)
	{
		c=USART1->DR;
		if(usart1_flag==0)//判斷上一次數據是否處理完成
		{
			if(usart1_cnt<1024)	
			{
				usart1_rx_buff[usart1_cnt++]=c;
				TIM2->CNT=0;//清空計數器值
				TIM2->CR1|=1<<0;//開啟定時
			}
			else usart1_flag=1;
		}
	}
	if( usart1_flag && (BinarySemaphore!=NULL))
	{
//釋放信號量
	xSemaphoreGiveFromISR(BinarySemaphore,&pxHigherPriorityTaskWoken);	
//如果需要的話，進行一次上下文切換
	portYIELD_FROM_ISR(pxHigherPriorityTaskWoken);
		usart1_flag=0;
	}
}

定時器中斷服務函數

#include "FreeRTOS.h"					//FreeRTOS使用
#include "semphr.h"
extern SemaphoreHandle_t BinarySemaphore;	//二值信號量句柄//消息隊列句柄
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	BaseType_t pxHigherPriorityTaskWoken;//保存任務是否需要切換的值
	if(TIM2->SR&1<<0)//判斷是否為更新中斷
	{
		TIM2->CR1&=~(1<<0);//關閉定時器2
		usart1_flag=1;
		if( usart1_flag && (BinarySemaphore!=NULL))
		{
             //釋放信號量
			xSemaphoreGiveFromISR(BinarySemaphore,&pxHigherPriorityTaskWoken);
            //如果需要的話，進行一次上下文切換
			portYIELD_FROM_ISR(pxHigherPriorityTaskWoken);		
	usart1_flag=0;
		}
	}
	TIM2->SR=0;//清除標志位
}

實現效果