二值信号量

news2024/10/7 6:42:47

Q: 什么是信号量？

A: 信号量（Semaphore），是在多任务环境下使用的一种机制，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。信号量这个名字，我们可以把它拆分来看，“信号”可以起到通知信号的作用，“量”还可以用来表示资源的数量，当“量”只有0和1的时候，它就可以被称作“二值信号量”，只有两个状，当我们的那个量没有限制的时候，它就可以被称作为“计数型信号量”。信号量也是队列的一种。

Q: 什么是二值信号量？

A: 二值信号量其实就是一个长度为1，大小为零的队列，只有0和1两种状态，通常情况下，我们用它来进行互斥访问或任务同步。

举例理解：

互斥访问：比如门钥匙，只有获取到钥匙才可以开门
任务同步：比如我写完一本书，别人才可以看这本书

二值信号量相关 API 函数

创建二值信号量

返回值：成功，返回对应二值信号量的句柄；失败，返回 NULL

释放二值信号量

xSemaphore：要释放的信号量句柄
返回值：成功，返回 pdPASS ；失败，返回 errQUEUE_FULL

获取二值信号量

xSemaphore：要获取的信号量句柄
xTicksToWait：超时时间（阻塞时间），0 表示不超时，portMAX_DELAY表示卡死等待；
返回值：成功，返回 pdPASS ；失败，返回 errQUEUE_FULL

实操演示

需求：创建一个二值信号量，按下 KEY1 则释放信号量，按下 KEY2 获取信号量。

在 C:\mjm_CubeMX_proj 路径下，复制一份Cube的母版并重命名为：mjm_freeRTOS_Sema_Bi：

打开相应的Cube文件：

1. 配置按钮的GPIO：

2. 找到左侧的Middleware --> FREERTOS，然后在下方找到"Task and Queues"，然后创建两个任务：

3. 在“Timers and Semaphores” 中创建二值信号量：

4. 生成代码打开Keil:

4.1 在freertos.c中可以看到创建信号量和任务的代码：

注意，此处的osSemaphoreCreate()函数也是Cube对于创建二值信号量函数的封装：

但是有一个问题，上文中提到二值信号量的创建函数是“xSemaphoreCreateBinary()”，但是Cube中封装的对应函数确是“vSemaphoreCreateBinary()”，根据我关于FreeRTOS的函数命名规则的博客可知：本篇上文中提到“x”开头的函数返回的是任务句柄；而Cube中“v”开头的函数返回类型是void型也就是不返回。

我认为之所以Cube使用了“v”开头的函数是因为Cube把返回句柄的功能也封装起来了：

可见上图函数返回的效果也是“成功创建返回句柄，失败返回NULL”

如果跳转这个“vSemaphoreCreateBinary()”：

如上图，和“xSemaphoreCreateBinary()”实现的效果也略有不同，这个“v”开头的函数不仅会创建一个二值信号量，并且如果创建成功，就会自动释放一个信号量。

4.2 代码编写：

#include "stdio.h"

void StartTaskGive(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){ //按键消抖
				printf("KEY1 has been pressed\r\n");
				if (xSemaphoreGive(myBinarySemHandle) == pdTRUE){ //释放信号量并判断返回值，如果返回成功
					printf("successfully give\r\n");
				}else{//如果返回失败
					printf("fail to give\r\n");
				}		
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开，防止出现按钮一直按着，就一直删除创建任务			
		}
		osDelay(10);
  }
}


void StartTaskTake(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){ //按键消抖
				printf("KEY2 has been pressed\r\n");
				if (xSemaphoreTake(myBinarySemHandle, 0 ) == pdTRUE){ //获取信号量并判断返回值，如果返回成功 
					printf("successfully take\r\n");
				}else{//如果返回失败
					printf("fail to take\r\n");
				}
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET); //等待按键松开，防止出现按钮一直按着，就一直删除创建任务			
		}
		osDelay(10);
  }
}