信号量本质 信号量实验（控制车辆运行，优先级反转）互斥量

give

xSemaphoreGive() 是 FreeRTOS 中用于释放信号量的函数。它的主要功能是将信号量的计数值增加，允许其他任务获取信号量。

函数原型

BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xSemaphore);

参数

• xSemaphore：要释放的信号量的句柄，类型为 SemaphoreHandle_t。

返回值

• pdTRUE：成功释放信号量。
• pdFALSE：释放信号量失败（通常在信号量未被占用时调用时会失败）。

使用场景

• 任务同步：在多任务环境中，当一个任务完成了对某个共享资源的使用后，可以调用 xSemaphoreGive() 释放信号量，允许其他任务访问该资源。
• 计数信号量：在计数信号量中，调用 xSemaphoreGive() 将信号量的计数增加，可以表示资源的可用数量。

take

xSemaphoreTake() 是 FreeRTOS 中用于获取信号量的函数。它的主要作用是尝试获得一个信号量，如果信号量可用，函数将成功返回，并将信号量的计数减一；如果信号量不可用，函数将根据设置的等待时间进行阻塞或立即返回失败。

函数原型

BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait);

参数

• xSemaphore：要获取的信号量的句柄，类型为 SemaphoreHandle_t。
• xTicksToWait：等待信号量可用的时间，以滴答数为单位。如果设置为 portMAX_DELAY，则任务将无限期阻塞，直到获得信号量。

返回值

• pdTRUE：成功获取信号量。
• pdFALSE：获取信号量失败（在设定的时间内没有获得信号量）。

使用场景

• 任务同步：在多任务系统中，一个任务可能需要在访问共享资源之前先获取信号量，确保其他任务不会同时访问该资源。
• 保护共享资源：通过信号量的机制，可以防止数据竞争和资源冲突。

信号量实验

控制车辆运行

static void CarTask(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);xSemaphoreTake(g_xSemTicks,portMAX_DELAY);while (1){/* 读取按键值:读队列 *///xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 *///if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x +=10 ;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(50);if(pcar->x==g_xres-CAR_LENGTH){xSemaphoreGive(g_xSemTicks);vTaskDelete(NULL);}}}}
}void car_game(void)
{int x;int i, j;g_framebuffer = LCD_GetFrameBuffer(&g_xres, &g_yres, &g_bpp);draw_init();draw_end();g_xSemTicks  =xSemaphoreCreateBinary();xSemaphoreGive(g_xSemTicks);xSemaphoreGive(g_xSemTicks);xSemaphoreGive(g_xSemTicks);/* 画出路标 */for (i = 0; i < 3; i++){for (j = 0; j < 8; j++){draw_bitmap(16*j, 16+17*i, roadMarking, 8, 1, NOINVERT, 0);draw_flushArea(16*j, 16+17*i, 8, 1);}}/* 创建3个汽车任务 */
#if 0	for (i = 0; i < 3; i++){draw_bitmap(g_cars[i].x, g_cars[i].y, carImg, 15, 16, NOINVERT, 0);draw_flushArea(g_cars[i].x, g_cars[i].y, 15, 16);}
#endifxTaskCreate(CarTask, "car1", 128, &g_cars[0], osPriorityNormal, NULL);xTaskCreate(CarTask, "car2", 128, &g_cars[1], osPriorityNormal, NULL);xTaskCreate(CarTask, "car3", 128, &g_cars[2], osPriorityNormal, NULL);	
}

优先级反转

static void CarTask1(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);xSemaphoreTake(g_xSemTicks,portMAX_DELAY);while (1){/* 读取按键值:读队列 *///xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 *///if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x +=5 ;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(50);if(pcar->x==g_xres-CAR_LENGTH){xSemaphoreGive(g_xSemTicks);vTaskDelete(NULL);}}}}
}
static void CarTask2(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(1000);//xSemaphoreTake(g_xSemTicks,portMAX_DELAY);while (1){/* 读取按键值:读队列 *///xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 *///if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x +=4 ;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);mdelay(50);if(pcar->x==g_xres-CAR_LENGTH){//xSemaphoreGive(g_xSemTicks);//vTaskDelete(NULL);}}}}
}
static void CarTask3(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(2000);xSemaphoreTake(g_xSemTicks,portMAX_DELAY);while (1){/* 读取按键值:读队列 *///xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 *///if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x +=4 ;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(50);if(pcar->x==g_xres-CAR_LENGTH){xSemaphoreGive(g_xSemTicks);vTaskDelete(NULL);}}}}
}void car_game(void)
{int x;int i, j;g_framebuffer = LCD_GetFrameBuffer(&g_xres, &g_yres, &g_bpp);draw_init();draw_end();g_xSemTicks  =xSemaphoreCreateBinary();xSemaphoreGive(g_xSemTicks);xSemaphoreGive(g_xSemTicks);xSemaphoreGive(g_xSemTicks);/* 画出路标 */for (i = 0; i < 3; i++){for (j = 0; j < 8; j++){draw_bitmap(16*j, 16+17*i, roadMarking, 8, 1, NOINVERT, 0);draw_flushArea(16*j, 16+17*i, 8, 1);}}/* 创建3个汽车任务 */
#if 0	for (i = 0; i < 3; i++){draw_bitmap(g_cars[i].x, g_cars[i].y, carImg, 15, 16, NOINVERT, 0);draw_flushArea(g_cars[i].x, g_cars[i].y, 15, 16);}
#endifxTaskCreate(CarTask1, "car1", 128, &g_cars[0], osPriorityNormal, NULL);xTaskCreate(CarTask2, "car2", 128, &g_cars[1], osPriorityNormal+2, NULL);xTaskCreate(CarTask3 , "car3", 128, &g_cars[2], osPriorityNormal+3 , NULL);	
}

互斥量

互斥量（Mutex，Mutual Exclusion）是一种用于同步的机制，主要用于控制对共享资源的访问，确保同一时间只有一个线程或任务能够访问该资源。这在多线程或多任务环境中非常重要，以避免数据竞争和不一致的问题。

互斥量（Mutex）是用于保护共享资源的一种同步机制，通常用于防止多个任务同时访问同一个资源，从而避免数据竞争和不一致性。在 FreeRTOS 中，互斥量是一种特殊类型的信号量，它提供了更强的排他性。

互斥量的特点

1. 独占性：一次只有一个任务可以拥有互斥量。如果一个任务已经获得了互斥量，其他任务必须等待，直到该互斥量被释放。
2. 优先级继承：如果一个低优先级任务持有互斥量，而一个高优先级任务试图获取该互斥量，低优先级任务的优先级会暂时提升到高优先级任务的级别，从而减少优先级反转的风险。
3. 适用于保护共享资源：互斥量常用于保护共享数据或资源，以确保数据的完整性。

互斥量的基本工作原理：

1. 获取和释放：

   • 当一个任务需要访问共享资源时，它会尝试获取互斥量。
   • 如果互斥量当前未被其他任务占用，任务成功获取互斥量并可以安全地访问资源。
   • 如果互斥量已被其他任务占用，当前任务会被阻塞，直到互斥量被释放。

2. 释放互斥量：

   • 当任务完成对资源的操作后，它会释放互斥量，使其他被阻塞的任务能够获取该互斥量并访问资源。

使用互斥量的优势：

• 数据一致性：通过确保只有一个任务在任何时刻访问共享资源，互斥量可以避免数据冲突和不一致性。
• 避免死锁：如果设计得当，互斥量可以减少或避免死锁情况的发生。

注意事项：

• 性能开销：频繁地获取和释放互斥量可能会导致性能下降，因此在设计时要考虑优化。
• 死锁风险：如果多个任务相互等待对方释放互斥量，可能会导致系统死锁。