STM32CubeMX学习笔记26---FreeRTOS互斥量

news2024/11/24 6:39:58

一、互斥量简介

1、互斥量用于互锁，可以充当资源保护的令牌，当一个任务希望访问某个资源时，它必须先获取令牌，当任务使用完资源后，必须返还令牌，以便其他任务可以访问该资源。

2、互斥量一般用于临界资源保护。

3、用互斥量处理不同任务队临界资源的同步访问时，任务想要获取互斥量才能进行资源访问，如果一旦有任务成功获得了互斥量，则互斥量立即变为闭锁状态，此时其他任务会因为获取不到互斥量而不能访问这个资源，任务会根据用户自定义的等待时间进行等待，直到互斥量被持有的任务释放后，其他任务才能获取互斥量从而得到访问该临界资源，此时互斥量再次上锁，如此一来就可以确保每个时刻只有一个任务正在访问这个临界资源，保证了临界资源操作的安全性。

4、互斥量与递归互斥量

互斥量更适合于可能会引起优先级翻转的情况

递归互斥量更适用于任务可能会多次获取互斥量的情况下，这样可以避免同一任务多次递归持有而造成死锁的问题。

核心在于：谁上锁，就只能由谁开锁。

二、STM32CubeMX设置

1、配置RCC、USART1、时钟72M

2、配置SYS，将Timebase Source修改为除滴答定时器外的其他定时器。

3、初始化LED的两个引脚

4、开启FreeRTOS，v1与v2版本不同，一般选用v1即可

5、创建两个线程：任务LED1用作发送，LED2用作接收。

以上步骤可参考：STM32CubeMX学习笔记22---FreeRTOS（任务创建和删除）-CSDN博客

6、创建互斥量Mutex

在 Mutexes 进行配置。

Mutex Name： 互斥量名称
Allocation： 分配方式：Dynamic 动态内存创建
Conrol Block Name： 控制块名称

7、生成代码

三、程序编程

1、创建一个互斥量：osMutexCreate

函数	osMutexId osMutexCreate (const osMutexDef_t *mutex_def)
参数	mutex_def：引用由osMutexDef定义的互斥量
返回值	成功返回互斥量ID，失败返回0

例：

osMutexId myMutex01Handle;
 
osMutexDef(myMutex01);
myMutex01Handle = osMutexCreate(osMutex(myMutex01));

2、创建一个递归互斥量：osRecursiveMutexCreate

用于创建一个递归互斥量，不是递归的互斥量由函数 osMutexCreate() 创建，且只能被同一个任务获取一次，如果同一个任务想再次获取则会失败。递归信号量则相反，它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。递归信号量与互斥量一样，都实现了优先级继承机制，可以减少优先级反转的反生。

函数	osMutexId osRecursiveMutexCreate (const osMutexDef_t *mutex_def)
参数	mutex_def：引用由osMutexDef定义的互斥量
返回值	成功返回互斥量ID，失败返回0

要想使用该函数必须在 Config parameters 中把 USE_RECURSIVE_MUTEXES 选择 Enabled 来使能。

例：

osMutexId myMutex02Handle;
 
osMutexDef(myMutex02);
myMutex02Handle = osRecursiveMutexCreate(osMutex(myMutex02));

3、删除一个互斥量：osMutexDelete

用于删除一个互斥量。

函数	osStatus osMutexDelete (osMutexId mutex_id)
参数	mutex_id：互斥量ID
返回值	错误码

例：

osMutexDelete(myMutex01Handle);

4、获取互斥量：osMutexWait

用于获取互斥量，但是递归互斥量并不能使用这个 API 函数获取。

例：

osMutexWait(myMutex01Handle,osWaitForever);//一直等待获取互斥量

5、获取递归互斥量：osRecursiveMutexWait

用于获取递归互斥量的宏，与互斥量的获取函数一样，osMutexWait()也是一个宏定义，它最终使用现有的队列机制，实际执行的函数是 xQueueTakeMutexRecursive() 。获取递归互斥量之前必须由 osRecursiveMutexCreate() 这个函数创建。要注意的是该函数不能用于获取由函数 osMutexCreate() 创建的互斥量。

要想使用该函数必须在 Config parameters 中把 USE_RECURSIVE_MUTEXES 选择 Enabled 来使能。

例：

osRecursiveMutexWait(myMutex02Handle,osWaitForever);//一直等待获取互斥量

6、释放互斥量： osMutexRelease

用于释放互斥量，但不能释放由函数 osRecursiveMutexCreate() 创建的递归互斥量。

函数	osStatus osMutexRelease (osMutexId mutex_id)
参数	mutex_id：互斥量ID
返回值	错误码

例：

osMutexRelease(myMutex01Handle);

7、释放递归互斥量：osRecursiveMutexRelease

用于释放一个递归互斥量。已经获取递归互斥量的任务可以重复获取该递归互斥量。使用 osRecursiveMutexWait() 函数成功获取几次递归互斥量，就要使用 osRecursiveMutexRelease() 函数返还几次，在此之前递归互斥量都处于无效状态，别的任务就无法获取该递归互斥量。使用该函数接口时，只有已持有互斥量所有权的任务才能释放它，每释放一该递归互斥量，它的计数值就减 1。当该互斥量的计数值为 0 时（即持有任务已经释放所有的持有操作），互斥量则变为开锁状态，等待在该互斥量上的任务将被唤醒。如果任务的优先级被互斥量的优先级翻转机制临时提升，那么当互斥量被释放后，任务的优先级将恢复为原本设定的优先级。

函数	osStatus osRecursiveMutexRelease (osMutexId mutex_id)
参数	mutex_id：互斥量ID
返回值	错误码

要想使用该函数必须在 Config parameters 中把 USE_RECURSIVE_MUTEXES 选择 Enabled 来使能。

例：

osRecursiveMutexRelease(myMutex02Handle);

8、互斥量使用

如果两个线程都使用printf进行打印函数，如果同时打印可能导致资源抢夺，此时可以使用互斥量，将两个线程中打印的东西轮流进行打印，此时就不会出现资源抢夺问题。

LED1：

void LED1_Task1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN LED1_Task1 */
  /* Infinite loop */
	 osStatus xReturn;
	int i=0;
  for(;;)
  {
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_5);   //LED1状态每500s翻转一次
		
		//获取互斥量 MuxSem,没获取到则一直等待  上锁
		 xReturn = osMutexWait(myMutex01Handle,     /* 互斥量句柄 */ 
                          osWaitForever);   /* 等待时间 */
    if(osOK == xReturn) 
		{
			//获取到互斥量，此时资源上锁，其他任务不得使用该资源（printf)
			printf("LED1 run %d ",i++);
			printf("LED1 run %d ",i++);
			printf("LED1 run %d \n",i++);
			
		}
		osMutexRelease(myMutex01Handle);//给出互斥量
    osDelay(500);
  }
  /* USER CODE END LED1_Task1 */
}

LED2：

void LED2_Task03(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN LED2_Task03 */
  /* Infinite loop */
	 osStatus xReturn = osErrorValue;
	int i=0;
  for(;;)
  { 
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_5);   //LED1状态每500s翻转一次
		printf("LED2 run %d \n",i++);
    osDelay(100);
  }
  /* USER CODE END LED2_Task03 */
}

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