FreeRTOS使用计数信号量进行任务同步与资源管理

FreeRTOS使用计数信号量进行任务同步与资源管理

介绍

在多任务系统中，任务之间的同步和对共享资源的管理是非常重要的。FreeRTOS 提供了丰富的同步机制，其中计数信号量是一种强大的工具，用于实现任务之间的同步和对资源的访问控制。

什么是计数信号量？

计数信号量是一种特殊的信号量，与二进制信号量不同，它的计数值可以超过1。计数信号量的计数值用于跟踪资源的可用性，允许多个任务同时访问共享资源，但受到最大计数值的限制。

计数信号量的创建

在 FreeRTOS 中，我们可以使用 xSemaphoreCreateCounting() 函数创建计数信号量。该函数需要两个参数：允许的最大计数值和初始计数值。

SemaphoreHandle_t xSemaphore = xSemaphoreCreateCounting(maxCount, initialCount);

计数信号量的操作

• xSemaphoreGive()：释放一个计数信号量，并增加其计数值。
• xSemaphoreTake()：获取一个计数信号量，如果计数为 0，则等待直到信号量变为可用。
• vSemaphoreDelete()：删除一个计数信号量及其相关资源。

示例：任务同步与资源管理

让我们通过一个示例来说明计数信号量的使用。假设我们有两个任务需要访问一个共享资源，但是同时只能有三个任务访问该资源。我们可以使用计数信号量来控制对该资源的访问。

#include <Arduino.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
#include <freertos/semphr.h>

// 定义计数信号量句柄
SemaphoreHandle_t xCountingSemaphore;

// 定义共享资源
int sharedResource = 0;

// 任务函数
void Task1(void *pvParameters);
void Task2(void *pvParameters);

void setup() {
   
  Serial.begin(115200);

  // 创建计数信号量，允许的最大计数值为 3，初始计数值为 0
  xCountingSemaphore = xSemaphoreCreateCounting(3, 3);

  // 创建任务1
  xTaskCreate(Task1, "任务1", 10000, NULL, 1, NULL);

  // 创建任务2
  xTaskCreate(Task2, "任务2", 10000, NULL, 1, NULL);
}

void loop() {
   
  vTaskDelete(NULL);
}

// 任务1函数
void Task1(void *pvParameters) {
   
  while (1) {
   
    // 获取计数信号量
    if (xSemaphoreTake(xCountingSemaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
   
      // 访问共享资源
      sharedResource++;
      Serial.print("任务1: 共享资源增加至 ");
      Serial.println(sharedResource);

      // 释放计数信号量
      xSemaphoreGive(xCountingSemaphore);

      // 等待一段时间
      vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
  }
}

// 任务2函数
void Task2(void *pvParameters) {
   
  while (1) {
   
    // 获取计数信号量
    if (xSemaphoreTake(xCountingSemaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
   
      // 访问共享资源
      sharedResource--;
      Serial.print("任务2: 共享资源减少至 ");
      Serial.println(sharedResource);

      // 释放计数信号量
      xSemaphoreGive(xCountingSemaphore);

      // 等待一段时间
      vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1500));
    }
  }
}

结论

计数信号量是一个强大的工具，用于实现任务之间的同步和对共享资源的管理。通过适当地使用计数信号量，可以确保多任务系统的稳定性和可靠性，避免竞争条件和死锁等问题的发生。在设计多任务系统时，务必充分考虑任务的同步需求，并合理选择合适的同步机制。