FreeRTOS学习——同步互斥

news2024/11/16 9:46:19

FreeRTOS学习——同步互斥

目录

  • FreeRTOS学习——同步互斥
    • 一、概念
      • 1.1 同步
      • 1.2 互斥
    • 二、示例——有缺陷的同步
    • 三、示例——优化有缺陷的同步
    • 四、示例——有缺陷的互斥
    • 五、总结

一、概念

1.1 同步

在FreeRTOS中，同步是指任务之间按照某种规则进行协调和按序执行的过程。其目的是保证任务或线程之间的有序交互，使它们能够按照预期的顺序完成各自的操作或实现特定的约束条件。常见的同步场景包括等待其他任务完成、等待某个条件满足、协调任务之间的依赖关系等。

FreeRTOS提供了多种同步机制，例如信号量、互斥量、消息队列等，用于实现任务之间的同步。这些机制可以帮助任务之间进行协作，以确保它们按照一定的顺序、时机和约束进行执行。

同步机制在FreeRTOS中非常重要，因为它们可以确保系统的正确性和稳定性。如果没有同步机制，任务之间可能会出现竞争条件，导致系统行为不可预测。通过使用同步机制，FreeRTOS可以确保任务之间的正确交互，从而提高系统的可靠性和性能。

1.2 互斥

FreeRTOS中，互斥是一种同步机制，用于保护共享资源，确保任务访问这些资源时的原子性，避免数据错误。具体来说，互斥是指在多任务环境中，运行特定代码段时确保数据的一致性和完整性，避免多个任务同时访问和修改共享资源导致错误的发生。它通过互斥量（又称互斥信号量）来实现，互斥量是一种特殊的二值信号量，用于实现对临界资源的独占式处理。任意时刻互斥量的状态只有两种，开锁或闭锁。当互斥量被任务持有时，该互斥量处于闭锁状态，这个任务获得互斥量的所有权。当该任务释放这个互斥量时，该互斥量处于开锁状态，任务失去该互斥量的所有权。当一个任务持有互斥量时，其他任务将不能再对该互斥量进行开锁或持有。持有该互斥量的任务也能够再次获得这个锁而不被挂起，这就是递归访问，也就是递归互斥量的特性。

一句话理解同步与互斥：我等你用完厕所，我再用厕所。

什么叫同步？就是：哎哎哎，我正在用厕所，你等会。

什么叫互斥？就是：哎哎哎，我正在用厕所，你不能进来。

同步与互斥经常放在一起讲，是因为它们之的关系很大， “互斥”操作可以使用“同步”来实现。我“等”你用完厕所，我再用厕所。这不就是用“同步”来实现“互斥”吗？

二、示例——有缺陷的同步

实验目的：计算ul变量累加到1000000需要多长时间

具体实现：

创建2个Task，定义一个全局变量taskFlag，当taskFlag等于1时表示Task1正在运行，当taskFlag等于0时表示Task2正在运行

Task1：

  • Task1中定义一个累加变量ul
  • 第一次运行Task1（开始累加ul）时记录系统此刻tick时间vstartTime
  • 当ul>1000000（ul累加完毕）时记录系统此刻tick时间vendTime
  • 累加完毕后将累加结束标志endFlag置位，将vendTime-vstartTime时间赋值给全局变量vtotleTime

Task2：

  • 判断全局变量endFlag是否置位
  • 若endFlag置位，打印出vtotleTime

实验代码：

#define mainDELAY_LOOP_COUNT 1000000

volatile TickType_t vtotleTime;
volatile TickType_t vstartTime = 0, vendTime = 0;
volatile bool endFlag = FALSE;
volatile bool endLock = FALSE;
volatile uint8_t taskFlag = 0;

void vTask1( void *pvParameters )
{
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	vstartTime = xTaskGetTickCount();
	/* 打印任务1的信息 */
	printf( "Count start: %d\r\n",vstartTime );	

	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{	
		/* 表示Task1在运行 */
		taskFlag = 1;

		/* 延迟一会(比较简单粗暴) */
		if(endLock == FALSE)
		{
			ul++;

			if((ul > mainDELAY_LOOP_COUNT)  && (endFlag != TRUE))
			{
				endFlag = TRUE;
				vendTime = xTaskGetTickCount();
				vtotleTime = vendTime - vstartTime;
				vTaskDelay(10);
			}
		}		
	}
}

void vTask2( void *pvParameters )
{
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 表示Task2在运行 */
		taskFlag = 0;
		if(endFlag == TRUE)
		{
			endFlag = FALSE;
			printf( "Count end: %d\r\nTotle time: %d\r\n",vendTime, vtotleTime);
			endLock = TRUE;	
		}
	}
}

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
	xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 1, NULL);

	/* 启动调度器 */
	vTaskStartScheduler();

	/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
	return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

实验分析：从taskFlag分析，Task1在累加ul变量时，Task2仍然在运行，仍然耗费CPU资源，理论上分析如果在ul累加期间，使Task2任务挂起，ul从0累加到1000000耗时会减少一半。

三、示例——优化有缺陷的同步

基于“二”中的示例进行优化

优化思路：使用队列通信代替Task2对全局变量endFlag的判断，队列传输数据结构体：

typedef struct
{
	TickType_t startTime;
	TickType_t endTime;
	TickType_t stopFlag;
}TIME;
  • main中创建一个队列
  • Task2中接收队列，队列中没有数据时Task2阻塞，队列中有数据时打印出endTime-startTime，即ul累加到1000000耗时
  • Task1中累加ul，当ul累加到1000000时将数据结构体通过队列发送给Task2

实验代码：

#define mainDELAY_LOOP_COUNT 1000000

typedef struct
{
	TickType_t startTime;
	TickType_t endTime;
	TickType_t stopFlag;
}TIME;

void vTask1( void *pvParameters )
{
	TIME time1;
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	volatile TickType_t buf[10];

	time1.stopFlag = FALSE;
	T1 = xTaskGetTickCount();
	time1.startTime = xTaskGetTickCount();
	/* 打印任务1的信息 */
	printf( "Count start: %d\r\n",time1.startTime);	

	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{	
		/* 表示Task1在运行 */
		taskFlag = 1;

		/* 延迟一会(比较简单粗暴) */
			ul++;

			if((ul > mainDELAY_LOOP_COUNT) && time1.stopFlag != TRUE)
			{
				T2 = xTaskGetTickCount();
				time1.endTime = xTaskGetTickCount();
				time1.stopFlag = TRUE;
				xQueueSend(task1Handle, &time1, NULL);
			}		
	}
}

void vTask2( void *pvParameters )
{
	TIME time2;
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */

	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 表示Task2在运行 */
		taskFlag = 0;

		xQueueReceive(task1Handle, &time2, portMAX_DELAY);

		if(time2.stopFlag == TRUE)
		{
			printf( "Count end: %d\r\nTotle time: %d\r\n",time2.endTime, time2.endTime - time2.startTime);
			time2.stopFlag = FALSE;
		}
		

	}
}

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
	xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 1, NULL);

	task1Handle = xQueueCreate(1,sizeof(TIME));
	/* 启动调度器 */
	vTaskStartScheduler();

	/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
	return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

实验分析：使用队列时，Task2未接收到队列的数据时会进入挂起状态，不会再占用CPU资源，Task1往队列发送数据时，会同时将Task2从挂起状态改变为就绪或者运行状态。

四、示例——有缺陷的互斥

实验目的：不同任务访问相同临界资源（比如全局变量）时有缺陷的互斥

仍然使用“二”中的示例，进行简单的修改，在“二”的代码中Task1累加完ul变量得到累加耗时后使用了vTaskDelay函数使Task1挂起，如果不使用vTaskDelay函数就会出现有缺陷的互斥现象
实验代码：

#define mainDELAY_LOOP_COUNT 1000000

volatile TickType_t vtotleTime;
volatile TickType_t vstartTime = 0, vendTime = 0;
volatile bool endFlag = FALSE;
volatile bool endLock = FALSE;
volatile uint8_t taskFlag = 0;

void vTask1( void *pvParameters )
{
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	vstartTime = xTaskGetTickCount();
	/* 打印任务1的信息 */
	printf( "Count start: %d\r\n",vstartTime );	

	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{	
		/* 表示Task1在运行 */
		taskFlag = 1;

		/* 延迟一会(比较简单粗暴) */
		if(endLock == FALSE)
		{
			ul++;

			if((ul > mainDELAY_LOOP_COUNT)  && (endFlag != TRUE))
			{
				endFlag = TRUE;
				vendTime = xTaskGetTickCount();
				vtotleTime = vendTime - vstartTime;
				//vTaskDelay(10);
			}
		}		
	}
}

void vTask2( void *pvParameters )
{
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 表示Task2在运行 */
		taskFlag = 0;
		if(endFlag == TRUE)
		{
			endFlag = FALSE;
			printf( "Count end: %d\r\nTotle time: %d\r\n",vendTime, vtotleTime);
			endLock = TRUE;	
		}
	}
}

int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
	xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 1, NULL);

	/* 启动调度器 */
	vTaskStartScheduler();

	/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
	return 0;
}

运行结果：

在这里插入图片描述

实验分析：从运行结果来看，Task2打印了2次，理论上从代码分析，程序运行到Task2的打印时，应该是先将endFlag设置为了FALSE，但是打印了2次说明endFlag的值没有写入成功，单步调试分析一下：

将endFlag值在Watch1中显示，在Task2打印处设置一个断点，全速运行

在这里插入图片描述

从代码来看Task1也会修改endFlag的值，在Task1中计算累计时间处再打一个断点，全速运行

在这里插入图片描述

再次全速运行到Task2中打印处

在这里插入图片描述

再次全速运行再也不会听到断点处，这就是Task2中打印了2次的详细步骤。

缺陷原理：

1、当运行到Task2打印处是，endFlag被更改为FALSE

2、但是Task2还未来得及更改完endLock就切换到了Task1

3、Task1中又将endFlag更改为TRUE

4、切换到Task2时再次打印了一遍

5、这次在切换到Task1之前修改完了endLock的值

6、再切换到Task1时不会再更改endFlag的值了

修改代码逻辑可以避免Task2打印2次：

修改前：

void vTask2( void *pvParameters )
{
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 表示Task2在运行 */
		taskFlag = 0;
		if(endFlag == TRUE)
		{
			endFlag = FALSE;
			printf( "Count end: %d\r\nTotle time: %d\r\n",vendTime, vtotleTime);
			endLock = TRUE;	
		}
	}
}

修改后：

void vTask2( void *pvParameters )
{
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 表示Task2在运行 */
		taskFlag = 0;
		if(endFlag == TRUE)
		{
            endLock = TRUE;	
			endFlag = FALSE;
			printf( "Count end: %d\r\nTotle time: %d\r\n",vendTime, vtotleTime);
		}
	}
}

这样修改可以避免Task2打印2次，因为在打印时Task2已经完成了对endLock和endFlag的修改，但是同样存在缺陷，原因是：

C语言中1条给全局变量的赋值语句并不是程序的最小运行单位，C语言的本质是汇编，从Task2的汇编码可以看到，将endFlag的值赋值为0分为3个步骤：

在这里插入图片描述

假设在赋值过程中运行完汇编第二步后就切换了任务，其他任务对该临界资源也进行了修改，再切换到当前任务时该被修改的临界资源又被修改了。因此这种修改也并不是万无一失的。

补充一个办法：当前任务需要修改临界资源时，现将系统所有中断关闭，暂停任务调度和中断，修改完临界资源后再将中断恢复，恢复任务调度和中断。

但是这种方法关闭中断也对系统有一定的风险！

五、总结

正确使用互斥与同步，FreeRTOS提供的方法是安全可靠的，比如队列、信号量、互斥量、任务通知等等，就像“三、优化有缺陷的同步”一样，使用FreeRTOS提供的方法同样可以优化有缺陷的互斥。

在这里插入图片描述

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.coloradmin.cn/o/1315204.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系多彩编程网进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

相关文章

HarmonyOS：使用MindSpore Lite引擎进行模型推理

HarmonyOS：使用MindSpore Lite引擎进行模型推理

场景介绍 MindSpore Lite 是一款 AI 引擎，它提供了面向不同硬件设备 AI 模型推理的功能，目前已经在图像分类、目标识别、人脸识别、文字识别等应用中广泛使用。 本文介绍使用 MindSpore Lite 推理引擎进行模型推理的通用开发流程。 基本概念 在进行开…
阅读更多...
PDI/Kettle-9.2.0.0-R（对应jdk1.8）源码编译问题记录及源码结构简介

PDI/Kettle-9.2.0.0-R（对应jdk1.8）源码编译问题记录及源码结构简介

目录 📚第一章 前言📗背景📗目的📗总体方向 📚第二章 代码结构初识基本结构📗代码模块详情 ⁉️问题记录❓问题一：代码分支哪些是发布版本❗答：后缀-R的版本 ❓问题二：50…
阅读更多...
AI智能配音助手微信小程序前后端源码支持多种声音场景选择

AI智能配音助手微信小程序前后端源码支持多种声音场景选择

大家好今天给大家带来一款配音小程序 ，这款小程序支持多种不同声音和场景的选择更人性化， 比如说支持各地区的方言,英文,童声呀等等、 另外也支持男声女声的选择,反正就是模板那些非常的多 当然啦音量,语调,语速那些都是可以DIY跳转的哟,所以说这一款小程…
阅读更多...
使用PyTorch II的新特性加快LLM推理速度

使用PyTorch II的新特性加快LLM推理速度

Pytorch团队提出了一种纯粹通过PyTorch新特性在的自下而上的优化LLM方法，包括: Torch.compile: PyTorch模型的编译器 GPU量化:通过降低精度操作来加速模型 推测解码:使用一个小的“草稿”模型来加速llm来预测一个大的“目标”模型的输出 张量并行:通过在多个设备…
阅读更多...
【专题】最小生成树（prim算法、kruscal算法）

【专题】最小生成树（prim算法、kruscal算法）

目录 一、最小生成树二、Prim算法1. 算法思想2. 例题3. 性能分析 三、Kruscal算法1. 算法思想2. 例题3. 性能分析 一、最小生成树 生成树中边的权值（代价）之和最小的树。 二、Prim算法 1. 算法思想 设N(V,{E})是连通网，TE是N上最小生成树…
阅读更多...
【IEEE】2区SCI，接收领域广，稳定检索47年！

【IEEE】2区SCI，接收领域广，稳定检索47年！

重点 本期推荐 区块链是一种新兴技术，很多行业和领域都以创新方式采用了此技术，如能源、金融、媒体和娱乐以及零售等。此外，区块链作为一门新兴的交叉学科, 涉及密码学应用（加密，隐私等）， 分布式…
阅读更多...
stm32与Freertos入门（二）移植FreeRTOS到STM32中

stm32与Freertos入门（二）移植FreeRTOS到STM32中

简介 注意：FreeRTOS并不是实时操作系统，而是分时复用的，只不过切换频率很快，感觉上是同时在工作。本次使用的单片机型号为STM32F103C8T6,通过CubeMX快速移植。 一、CubeMX快速移植 1、选择芯片 打开CubeMX软件，进行…
阅读更多...
Diva配置——Communication Tests

Diva配置——Communication Tests

关联文章：CANoe.Diva生成测试用例 Diva目录 一、CANoe.Diva简介二、Communication Tests配置一、CANoe.Diva简介 CANoe.DiVa 是一种 CANoe 选项，用于对 ECU 中的诊断软件实施进行自动化测试。 可以通过CANdelaStudio制作的CDD或ODX文件，经过Diva配置自动生成测试用例和测试脚…
阅读更多...
文章解读与仿真程序复现思路——电网技术EI\CSCD\北大核心《基于时空注意力卷积模型的超短期风电功率预测》

文章解读与仿真程序复现思路——电网技术EI\CSCD\北大核心《基于时空注意力卷积模型的超短期风电功率预测》

这个标题描述了一种用于超短期风电功率预测的模型，该模型基于时空注意力卷积模型。下面我会逐步解读这个标题的关键词和背景： 超短期风电功率预测：风电功率预测是指根据历史风速和其他相关数据，通过建立数学模型来预测未来特定时间…
阅读更多...
Vue学习计划-Vue2--VueCLi（四）组件传值和自定义事件

Vue学习计划-Vue2--VueCLi（四）组件传值和自定义事件

1. 组件传值 组件化编码流程： 拆分静态组件：组件要按照功能点拆分，命名不要与html元素冲突实现动态组件：考虑好数据的存放位置，数据是一个组件在用，还是一些组件在用： 一个组件在用&#xff0c…
阅读更多...
云演ctf 你能看到我吗?

云演ctf 你能看到我吗?

1、看题目稍微尝试不好用，看到提示的文件访问也不好用。读取文件又好像拦截了啥。 读取hint.php文件payload ctfphp://filter/convert.base64-encode/resourcehihintnt.php2、解密后又看到一个文件 有需要绕过 ctfphp://filter/convert.base64-encode/resource..…
阅读更多...
轻量封装WebGPU渲染系统示例＜45＞- 材质组装流水线(MaterialPipeline)灯光、阴影、雾(源码)

轻量封装WebGPU渲染系统示例＜45＞- 材质组装流水线(MaterialPipeline)灯光、阴影、雾(源码)

当前示例源码github地址: https://github.com/vilyLei/voxwebgpu/blob/feature/material/src/voxgpu/sample/MaterialPipelineFog.ts 当前示例运行效果: 此示例基于此渲染系统实现，当前示例TypeScript源码如下： export class MaterialPipelineFog {pr…
阅读更多...
C语言数组刷题-----数组填充

C语言数组刷题-----数组填充

输入一个整数 V ，输出一个长度为 10 的数组 N ，数组中的第一个元素为 V ，每个后续元素的值都为上一个元素的值的 2 倍。 例如，如果输入整数为 1 ，则数组为：1,2,4,8… 输入格式 输入一个整数 V 。输出格…
阅读更多...
cmake多模块架构， DLL依赖编译

cmake多模块架构， DLL依赖编译

整体结构： 最外层的cmakelist CMakeLists.txt project(cmakeMulPackage) cmake_minimum_required(VERSION 3.17) set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)#设置环境相关 message("set env.cmake") message("CMAKE_BUILD_TYPE is ${CMAKE_BUILD_TYPE}") …
阅读更多...
TG-5510cb: txo高稳定性+105℃高温

TG-5510cb: txo高稳定性+105℃高温

TG-5510CB是一款高稳定性TCXO，可提供CMOS或限幅正弦输出，5G基站和边缘计算的额定温度为85C，需要室外安装、小型化和无风扇运行。与其他TCXO相比，实验室提供了许多改进，如低温度斜率和相位噪声。符合GR-1244-CORE地层3和…
阅读更多...
详细教程 - 从零开发 Vue 鸿蒙harmonyOS应用 第一节

详细教程 - 从零开发 Vue 鸿蒙harmonyOS应用 第一节

关于使用Vue开发鸿蒙应用的教程,我这篇之前的博客还不够完整和详细。那么这次我会尝试写一个更加完整和逐步的指南,从环境准备,到目录结构,再到关键代码讲解,以及调试和发布等,希望可以让大家详实地掌握这个过程。 一、准备工作 下载安装 DevEco Studio 下载地址：…
阅读更多...
AD20-Excel创建IC类元件库

AD20-Excel创建IC类元件库

目录 准备模板AD操作 准备模板 AD操作 结果生成如下： over！！！
阅读更多...
【教学类-06-18】20231216 （按“列”正序题）X-Y之间“加法题+题”（1页最多0-13。不考虑空格补全）

【教学类-06-18】20231216 （按“列”正序题）X-Y之间“加法题+题”（1页最多0-13。不考虑空格补全）

作品展示：按列排序，从小到大正序（有空格） 背景需求： 55格模板，很多幼儿都是按照“列”的方式，从上到下，从左向右完成题目的。 视觉上，两列之间间距大（给孩子…
阅读更多...
labelme标注json文件检查标注标签(修改imageWidth,imagePath,imageHeight)

labelme标注json文件检查标注标签(修改imageWidth,imagePath,imageHeight)

# !/usr/bin/env python # -*- encoding: utf-8 -*- #---wzhimport os import json# 这里写你自己的存放照片和json文件的路径 json_dir =rC:\Users\Lenovo\Desktop\json3 json_files = os.listdir(json_dir
阅读更多...
广西开放大学形成性考核 平时作业 统一资料 参考

广西开放大学形成性考核 平时作业 统一资料 参考

试卷代号：1293 心理学 参考试题 一、选择题（每个3分，共30分，含单选和多选，请将正确答案的字母序号填入括号中） 1.人们通常把下列图形知觉为一个连续、完整的形状，说明图形知觉遵循( )。…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023