【RTOS面试题】ISR中可以使用互斥锁和信号量吗？

news2024/9/22 19:30:23

在中断服务程序（ISR, Interrupt Service Routine）中直接使用互斥锁（mutex）和信号量（semaphore）是有风险的，因为这些同步机制通常不是中断安全的。但是，可以通过一些方法来安全地在 ISR 中使用互斥锁和信号量。在这里插入图片描述

1. 中断安全的互斥锁和信号量

在某些RTOS（实时操作系统）中，提供了中断安全的互斥锁和信号量的实现。这些实现通常在内部做了特殊的处理，使其可以在 ISR 中安全地使用。例如，在 FreeRTOS 中，可以使用互斥锁和信号量的中断安全版本。

2. 通过任务队列传递信号

一种常用的方法是不在 ISR 中直接使用互斥锁或信号量，而是将请求封装成消息，并通过任务队列（task queue）传递给任务（task）。任务在安全的上下文中处理这些消息，从而间接地使用互斥锁或信号量。

3. 禁用中断

在 ISR 中短暂禁用中断可以确保互斥锁和信号量操作的原子性。但是这种方法需要非常小心，因为长时间禁用中断会导致中断丢失或系统响应变慢。

示例代码

下面是一个简单的示例，展示了如何在 ISR 中使用互斥锁和信号量：

示例 1: 使用任务队列传递信号

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"

// 定义一个任务队列
QueueHandle_t xQueue;

// 定义一个信号量
SemaphoreHandle_t xSemaphore;

void vISRHandler(void *pvParameters)
{
    // 在 ISR 中发送消息给任务队列
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    xQueueSendFromISR(xQueue, &xHigherPriorityTaskWoken, &xHigherPriorityTaskWoken);
}

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    for(;;)
    {
        // 从任务队列中接收消息
        if (xQueueReceive(xQueue, NULL, portMAX_DELAY))
        {
            // 在任务中安全地使用互斥锁
            xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY);
            // 执行关键操作
            // ...
            xSemaphoreGive(xSemaphore);
        }
    }
}

void main()
{
    xQueue = xQueueCreate(10, sizeof(BaseType_t));
    xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();

    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskFunction, "Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);

    // 初始化 ISR
    // ...

    // 开始调度
    vTaskStartScheduler();
}

示例 2: 使用中断安全的信号量

#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"

SemaphoreHandle_t xSemaphore;

void vISRHandler(void *pvParameters)
{
    // 在 ISR 中使用中断安全的信号量
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    xSemaphoreGiveFromISR(xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
    if (xHigherPriorityTaskWoken)
    {
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    for(;;)
    {
        // 在任务中等待信号量
        xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY);
        // 执行关键操作
        // ...
    }
}

void main()
{
    xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();

    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskFunction, "Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);

    // 初始化 ISR
    // ...

    // 开始调度
    vTaskStartScheduler();
}