|
二值信号量
1. 信号量简介
信号量一般用来进行资源管理和任务同步， FreeRTOS 中信号量又分为二值信号量、计数型信号量、互斥信号量和递归互斥信号量。
2. 二值信号量简介
二值信号量即任务与中断间或者两个任务间的标志，该标志非“满”即“空”。也可以理解为只有一个队列项的队列，该队列要么是满要么是空，Send操作相当把该标志置“满”，Receive操作相关与把该标志取"空"，经过send和receive操作实现任务与中断间或者两任务的操作同步。
二值信号量的使用方法如下图所示
3. 二值信号量的函数应用
3.1 创建二值信号量
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary(void);
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinaryStatic(StaticSemaphore_t *pxSemaphoreBuffer);
参数：pxSemaphoreBuffer指向一个StaticSemaphore_t类型的变量，用来保存信号量结构体
返回值：创建成功返回二值信号量句柄；失败返回NULL
|
二值信号量创建函数是一个宏，最终是通过xQueueGenericCreate()函数来完成，其源码如下：
#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
#define xSemaphoreCreateBinary()
xQueueGenericCreate((UBaseType_t) 1,
semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH,
queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE)
#endif
|
3.2 释放信号量
BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xSemaphore)
BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)
返回值：释放成功返回pdPASS;释放失败返回errQUEUE_FULL
|
二值信号量释放函数xSemaphoreGive()是一个宏，其实就是向队列发送消息，其源码如下：
#define xSemaphoreGive(xSemaphore)
xQueueGenericSend((QueueHandle_t) (xSemaphore),
NULL,
semGIVE_BLOCK_TIME,
queueSEND_TO_BACK)
|
3.3 获取信号量
BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore
TickType_t xBlockTime)
BaseType_t xSemaphoreTakeFromISR(SemaphoreHandle_t xSemaphore,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)
返回值：获取成功返回pdPASS;释放失败返回pdFALSE
|
获取信号量函数也是一个宏，其实就是读取队列的过程，其源码如下
#define xSemaphoreTake(xSemaphore, xBlockTime)
xQueueGenericReceive((QueueHandle_t) (xSemaphore),
NULL,
(xBlockTime),
pdFALSE)
|
4. 二值信号量的应用实例
本实例介绍如何使用二值信号量来完成任务与中断之间的同步。
使用STM32CubeMX将FreeRTOS移植到工程中，创建两个任务、一个二值信号量，开启串口中断。
LED_Task：闪烁LED1，提示系统运行正常
CMDprocess_Task：根据串口收到的指令，控制不同的LED2/LED3的亮灭
二值信号量：用于串口中断和CMDprocess_Task任务间的同步
4.1 STM32CubeMX设置
- PC0/PC1/PC2设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
- USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位；开启串口中断
- 激活FreeRTOS，添加任务，设置任务名称、优先级、堆栈大小、函数名称等参数
- 使用FreeRTOS操作系统，一定要将HAL库的Timebase Source从SysTick改为其他定时器，选好定时器后，系统会自动配置TIM
- 输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h' files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码
4.2 MDK-ARM软件编程
- 添加LEDTask、CMDprocessTask任务函数代码
void LEDTask(void const * argument){
for(;;){
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
osDelay(500);
}
}
void CMDprocessTask(void const * argument){
BaseType_t err = pdFALSE;
for(;;){
if(BinarySemHandle != 0){
err = xSemaphoreTake(BinarySemHandle,portMAX_DELAY);
if(err == pdPASS){
printf("CMDprocessTask take the binary Semaphore!\r\n");
printf("Received CMD is:");
for(int i =0;i<8;i++)
printf("%c",RxBuff[i]);
printf("\n");
if(strncmp((char *)RxBuff,"LED2on",6) == 0)
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_RESET);
else if(strncmp((char *)RxBuff,"LED2off",6) == 0)
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_1,GPIO_PIN_SET);
else if(strncmp((char *)RxBuff,"LED3on",6) == 0)
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_RESET);
else if(strncmp((char *)RxBuff,"LED3off",6) == 0)
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_2,GPIO_PIN_SET);
else
printf("invalid CMD,please input LED2on LED2off LED3on or LED3off\r\n");
}
else
osDelay(10);
}
}
}
|
- 添加串口中断回调函数：串口接收完命令后释放二值信号量
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){
RxBuff[Rx_Count++]=RxByte;
if((RxByte==0x0A)&&(BinarySemHandle!=0)){
xSemaphoreGiveFromISR(BinarySemHandle,NULL);
printf("Semaphore Give FromISR succesed!\r\n");
Rx_Count=0;
}
if(Rx_Count > 8){
printf("Wrong CMD, Please Check...!\r\n");
memset(RxBuff,0,sizeof(RxBuff));
Rx_Count=0;
}
while(HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&RxByte,1)==HAL_OK);
}
|
int main(void){
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
printf("BinarySemaphore test....\r\n");
if(HAL_OK == HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&RxByte,1))
printf("UART_Receive_IT successed!\r\n");
else
printf("UART_Receive_IT failed!\r\n");
MX_FREERTOS_Init();
osKernelStart();
while (1)
{
}
}
|
4.3 下载验证
编译无误下载到开发板后，打开串口调试助手，LED1闪烁表示程序正常运行；串口中输入字符串“LED2on、LED2off、LED3on、LED3off”可以控制LED2/LED3的亮灭并打印出相应的二值信号量的释放和获取的信息
|
