FreeRTOS信号量 & ESP32实战

阅读建议：有一定操作系统基础知识。

FreeRTOS信号量

1. 二值信号量

??二值信号量通常用于互斥访问或同步，二值信号量和互斥信号量非常类似，但是还是有一些细微的差别，互斥信号量拥有优先级继承机制，二值信号量没有优先级继承。因此二值信号另更适合用于同步(任务与任务或任务与中断的同步)，而互斥信号量适合用于简单的互斥访问。

API:

1. xSemaphoreCreateBinary()
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??此函数是**vSemaphoreCreateBinary()**的新版本，新版本的FreeRTOS中统一用此函数来创建二值信号量。使用此函数创建二值信号量的话信号量所需要的RAM是由FreeRTOS 的内存管理部分来动态分配的。此函数创建好的二值信号量默认是空的，需要先释放一次信号量才能正常运行，此函数也是个宏，具体创建过程是由函数xQueueGenericCreate()来完成的，函数原型如下:

#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
	#define xSemaphoreCreateBinary() xQueueGenericCreate( ( UBaseType_t ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE )
#endif

??可以看到实际上 xSemaphoreCreateBinary() 宏定义是 xQueueGenericCreate() 这个就是我另一篇文章分析的队列的创建，所以本质上 xSemaphoreCreateBinary() 就是队列，

2. xSemaphoreGive()
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??此函数用于释放二值信号量、计数型信号量或互斥信号量，此函数是一个宏，真正释放信号量的过程是由函数 xQueueGenericSend() 来完成的，函数原型如下:

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

??可以看到实际上也是使用***xQueueGenericSend***队列的发送函数实现的。

3. xSemaphoreTake()
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??此函数用于获取二值信号量、计数型信号量或互斥信号量，此函数是一个宏，真正释放信号量的过程是由函数***xQueueGenericSend()***来完成的，函数原型如下:

#define xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime )		xQueueSemaphoreTake( ( xSemaphore ), ( xBlockTime ) )

2. 计数信号量

??二值信号量相当于长度为1的队列，那么计数型信号量就是长度大于1的队列。同二值信号量一样，用户不需要关心队列中存储了什么数据，只需要关心队列是否为空即可。计数型信号量通常用于如下两个场合:
1、事件计数
??在这个场合中，每次事件发生的时候就在事件处理函数中释放信号量(增加信号量的计数值)，其他任务会获取信号量(信号量计数值减一，信号量值就是队列结构体成员变量uxMessagesWaiting)来处理事件。在这种场合中创建的计数型信号量初始计数值为О。
2、资源管理
??在这个场合中，信号量值代表当前资源的可用数量，比如停车场当前剩余的停车位数量。一个任务要想获得资源的使用权，首先必须获取信号量，信号量获取成功以后信号量值就会减一。当信号量值为0的时候说明没有资源了。当一个任务使用完资源以后一定要释放信号量，释放信号量以后信号量值会加一。在这个场合中创建的计数型信号量初始值应该是资源的数量，比如停车场一共有100个停车位，那么创建信号量的时候信号量值就应该初始化为100。

API:
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1. xSemaphoreCreateCounting( uxMaxCount, uxInitialCount )
参数：uxMaxCount： 最大计数量
???uxInitialCount ：初始数量

函数原型：

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

跳转到 xQueueCreateCountingSemaphore ：

QueueHandle_t xQueueCreateCountingSemaphore( const UBaseType_t uxMaxCount, const UBaseType_t uxInitialCount )
	{
	QueueHandle_t xHandle;

		configASSERT( uxMaxCount != 0 );
		configASSERT( uxInitialCount <= uxMaxCount );

		xHandle = xQueueGenericCreate( uxMaxCount, queueSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE );
		创建一个队列，队列长度uxMaxCount，元素大小为queueSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH。queueSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH实际上为0，因为不需要拷贝元素，只传状态。

		if( xHandle != NULL )
		{
			( ( Queue_t * ) xHandle )->uxMessagesWaiting = uxInitialCount;

			traceCREATE_COUNTING_SEMAPHORE();
		}
		else
		{
			traceCREATE_COUNTING_SEMAPHORE_FAILED();
		}

		return xHandle;
	}

可以看到实际上，就是调用了xQueueGenericCreate来实现计数信号量。
关于 xQueueGenericCreate 可以参考一下这个FreeRTOS消息队列 & ESP32使用。
2. xSemaphoreCreateCountingStatic( uxMaxCount, uxInitialCount )
??二者除了创建方法不同并没有本质区别。这里不再赘述。