五、信号量、互斥锁

FreeRTOS 提供了信号量和互斥锁，用于任务间的同步和资源共享管理。信号量更偏向于任务同步，而互斥锁用于保护共享资源。

5.1 二进制信号量

二进制信号量是最基本的信号量，仅有两个状态：可用和不可用（或 1 和 0）。通常用于任务之间或中断与任务之间的同步，当一个事件发生时，由中断或任务释放信号量，等待信号量的任务就会被唤醒。二进制信号量适用于简单的事件通知场景，比如通知某个任务处理外部输入或完成某项任务。

5.1.1 API说明：

5.1.2 示例代码：

// 二进制信号量
#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/semphr.h"

static const char *TAG = "main";

// 二进制信号量
SemaphoreHandle_t semaphoreHandle;

// 公共变量
int shareVariable = 0;

void task1(void *pvParameters)
{
    for (;;)
    {
        // 获取信号量,信号量变为0
        xSemaphoreTake(semaphoreHandle, portMAX_DELAY);
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            shareVariable++;
            ESP_LOGI(TAG, "task1 shareVariable:%d", shareVariable);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
        // 释放信号量,信号量变为1
        xSemaphoreGive(semaphoreHandle);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

void task2(void *pvParameters)
{
    for (;;)
    {
        // 获取信号量
        xSemaphoreTake(semaphoreHandle, portMAX_DELAY);
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            shareVariable++;
            ESP_LOGI(TAG, "task2 shareVariable:%d", shareVariable);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
        // 释放信号量,信号量变为1
        xSemaphoreGive(semaphoreHandle);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

void app_main(void)
{
    semaphoreHandle = xSemaphoreCreateBinary();
    xSemaphoreGive(semaphoreHandle);

    // 创建任务
    xTaskCreate(task1, "task1", 1024 * 2, NULL, 10, NULL);
    xTaskCreate(task2, "task2", 1024 * 2, NULL, 10, NULL);
}

5.2 计数信号量

5.2.2 示例代码：

// 计数型信号量(占座)
#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/semphr.h"

static const char *TAG = "main";

// 信号量
SemaphoreHandle_t semaphoreHandle;


// 占座任务
void task1(void *pvParameters)
{
    // 定义空位
    int seat = 0;
    for (;;)
    {
        // 获取信号量
        seat = uxSemaphoreGetCount(semaphoreHandle);
        // 输出空位
        ESP_LOGI(TAG, "当前空位:%d", seat);

        // 获取信号量(占座)
        if (xSemaphoreTake(semaphoreHandle, portMAX_DELAY) == pdPASS)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "占座成功");
        }
        else
        {
            ESP_LOGI(TAG, "占座失败");
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

// 离开座位任务
void task2(void *pvParameters)
{
    for (;;)
    {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(6000));
        // 释放信号量
        xSemaphoreGive(semaphoreHandle);
        ESP_LOGI(TAG, "释放座位");
    }
}

void app_main(void)
{
    semaphoreHandle = xSemaphoreCreateCounting(5, 5);

    // 创建占座任务
    xTaskCreate(task1, "task1", 1024 * 2, NULL, 10, NULL);
    // 创建离开座位任务
    xTaskCreate(task2, "task2", 1024 * 2, NULL, 10, NULL);
}

5.3 互斥量

互斥量(互斥锁Mutex):互斥锁和二进制信号量极为相似，但有一些细微差异：互斥锁具有优先级继承机制，但二进制信号量没有。

5.3.2 示例代码：


#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/semphr.h"

static const char *TAG = "main";

SemaphoreHandle_t mutexHandle;

void task1(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "task1启动!");
    while (1)
    {
        if (xSemaphoreTake(mutexHandle, portMAX_DELAY) == pdTRUE)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task1获取到互斥量!");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                ESP_LOGI(TAG, "task1执行中...%d", i);
                vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
            }
            xSemaphoreGive(mutexHandle);
            ESP_LOGI(TAG, "task1释放互斥量!");
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
        else
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task1获取互斥量失败!");
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }
}

void task2(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "task2启动!");
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    while (1)
    {
    }
}

void task3(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "task3启动!");
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    while (1)
    {
        if (xSemaphoreTake(mutexHandle, 1000) == pdPASS)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task3获取到互斥量!");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                ESP_LOGI(TAG, "task3执行中...%d",i);
                vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
            }

            xSemaphoreGive(mutexHandle);
            ESP_LOGI(TAG, "task3释放互斥量!");
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));
        }
        else
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task3未获取到互斥量!");
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    mutexHandle = xSemaphoreCreateMutex();
    // mutexHandle = xSemaphoreCreateBinary();
    xTaskCreate(task1, "task1", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(task2, "task2", 1024 * 2, NULL, 2, NULL);
    xTaskCreate(task3, "task3", 1024 * 2, NULL, 3, NULL);
}

5.4 递归互斥量

非递归互斥锁只能被一个任务获取一次，如果同一个任务想再次获取则会失败，因为当任务第一次释放互斥锁时，互斥锁就一直处于释放状态。与非递归互斥锁相反，递归互斥锁可以被同一个任务获取很多次，获取多少次就需要释放多少次，此时才会返回递归互斥锁。

5.5 示例代码：


#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/semphr.h"

static const char *TAG = "main";

SemaphoreHandle_t mutexHandle;

void task1(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "-------------------------------");
    ESP_LOGI(TAG, "task1启动!");
    while (1)
    {
        xSemaphoreTakeRecursive(mutexHandle, portMAX_DELAY);
        ESP_LOGI(TAG, "task1获取到互斥量-使用资源A");
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task1执行中...%d -使用资源A", i);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }

        xSemaphoreTakeRecursive(mutexHandle, portMAX_DELAY);
        ESP_LOGI(TAG, "task1获取到互斥量-使用资源B");
        for (int i = 0; i < 10; i++)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task1执行中...%d -使用资源B", i);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }

        xSemaphoreGiveRecursive(mutexHandle);
        ESP_LOGI(TAG, "task1释放互斥量-使用资源B");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
        xSemaphoreGiveRecursive(mutexHandle);
        ESP_LOGI(TAG, "task1释放互斥量-使用资源A");
    }
    vTaskDelete(NULL);
}

void task2(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "task2启动!");
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    while (1)
    {
        // 获取递归互斥锁
        if (xSemaphoreTakeRecursive(mutexHandle, portMAX_DELAY) == pdTRUE)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task2获取到互斥量");
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                ESP_LOGI(TAG, "task2执行中...%d", i);
                vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
            }
            xSemaphoreGiveRecursive(mutexHandle);
            ESP_LOGI(TAG, "task2释放互斥量");
        }
        else
        {
            ESP_LOGI(TAG, "task2获取互斥量失败");
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    // 创建递归互斥量
    mutexHandle = xSemaphoreCreateRecursiveMutex();

    xTaskCreate(task1, "task1", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
    xTaskCreate(task2, "task2", 1024 * 2, NULL, 2, NULL);
}

五、信号量、互斥锁 ​

5.1 二进制信号量 ​

5.1.1 API说明： ​

5.1.2 示例代码： ​

5.2 计数信号量 ​

5.2.2 示例代码： ​

5.3 互斥量 ​

5.3.2 示例代码： ​

5.4 递归互斥量 ​

5.5 示例代码： ​