FreeRTOS-二值信号量

原文地址：http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/43153177

1.前言

    在嵌入式操作系统中二值型信号量是任务间、任务与中断间同步的重要手段。FreeRTOS的二值型信号量简单易用，下面结合一个具体例子说明FreeRTOS中的二值型信号量如何使用。

2.特别说明   

    二值型信号量的使用方法见图1所示，二值型信号量可以理解为任务与中断间或者两个任务间的标志，该标志非“满”即“空”。Send操作相当把该标志置“满”，Receive操作相关与把该标志取"空"，经过send和receive操作实现任务与中断间或者两任务的操作同步。

图1 二值型信号量使用示意图

    【特别说明】

    V7.X版本和V8.X的信号量操作存在少许区别

    V7.X版本中使用vSemaphoreCreateBinary函数，使用该函数创建的信号量初始值为“满”，receive操作立刻有返回。相关代码见文章末尾补充代码1，从补充代码1中可以发现，创建信号量之后立刻调用xSemaphoreGive函数，使得信号量由“空”变“满”。

    V8.X版本中使用xSemaphoreCreateBinary函数，使用该函数创建的信号量初始值为“空”，receive操作不会立刻返回。

3.参考代码

    示例代码具有一个128字节的串口接收缓冲区，在串口中断中把接收到的字符存入缓冲区中，一旦接收到回车换行符(\r\n)，便通过xSemaphoreGiveFromISR把信号量置“满”，打印任务中使用xSemaphoreTake实现于中断接收函数的同步，xSemaphoreTake把任务挂起，一旦查询到信号量为“满”，通过串口打印结束到的内容，并清空缓冲区。

    【示例代码】

/* Standard includes. */#include <stdio.h>#include <string.h>/* Scheduler includes. */#include "FreeRTOS.h"#include "task.h"#include "queue.h"#include "semphr.h"/* Library includes. */#include "stm32f10x.h"#define LED0_ON()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);#define LED0_OFF()  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);static void Setup(void);static void PrintTask(void *pvParameters);void LedInit(void);void UART1Init(void);uint8_t RxBuffer[128];__IO uint8_t RxCounter = 0;SemaphoreHandle_t xSemaphore;int main(void){    /* 初始化硬件平台 */    Setup();        /* 创建信号量 */    xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();    /* 建立Print任务 */    xTaskCreate(PrintTask, "Print Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL);    /* 启动OS */    vTaskStartScheduler();        return 0;}void PrintTask(void *pvParameters){    for(;;)    {        if( xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY ) == pdTRUE )        {            printf("receive:%s", RxBuffer);            memset(RxBuffer, 0x00, 128);            RxCounter = 0;        }    }}static void Setup( void ){    LedInit();    UART1Init();}void LedInit( void ){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );    /*LED0 @ GPIOB.5*/    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );    }void UART1Init(void){    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;        /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);        /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);        /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);        /* 第4步：配置USART1参数    波特率   = 9600    数据长度 = 8    停止位   = 1    校验位   = No    禁止硬件流控(即禁止RTS和CTS)    使能接收和发送    */    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);        /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */    USART_Cmd(USART1, ENABLE);        /* 清除发送完成标志 */    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);        /* 使能USART1发送中断和接收中断，并设置优先级 */    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;    /* 设定USART1 中断优先级 */    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY;     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);    /* 使能接收中断 */    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); }int fputc(int ch, FILE *f){    /* 写一个字节到USART1 */    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);    /* 等待发送结束 */    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)    {}    return ch;}void USART1_IRQHandler(void){    static BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)    {        RxBuffer[RxCounter++] = USART_ReceiveData(USART1);        if (RxCounter > 2 && RxBuffer[RxCounter-2] == '\r' && RxBuffer[RxCounter-1] == '\n') {            // 在中断中发送信号量            xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );        }    }        portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );}

4.简单说明

SemaphoreHandle_t xSemaphore;

    信号量句柄，二值型信号量、数值型信号量和互斥型信号量均使用SemaphoreHandle_t类型声明

xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();

    创建信号量，V8.X版本中新增加函数，创建信号量时初值为“空”。

xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );

    在中断中发送信号量，以FromISR结尾的函数具有保护功能，如果在任务中发送信号量可使用xSemaphoreGive。

xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );

    等待信号量，等待时间为最大等待时间，如果信号量为“空”任务会处于挂起状态。

（1）二值信号量的创建

新函数：xSemaphoreCreateBinary()

信号量所需要的RAM是由FreeRTOS的内存管理部分动态分配的，此函数创建好的二值信号量默认是空的，刚创建好的二值信号量使用函数xSemaogoreTake()是获取不到的

老版本的二值信号量创建完成后就会使用xSemaphoreGive()释放二值信号量，新版本的函数在成功创建二值信号量以后不会立即释放，也就是说新版本的函数创建二值信号量默认是无效的，而老版本的是有效的.

（2）二值信号量的释放

xSemaphoreGive()任务级信号量释放函数

xSemaphoreGiveFromISR()中断级信号量释放函数

（3）二值信号量的获取

xSemaphoreTake()任务级获取信号量的函数

Basetype_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xsemaphore, TickType_t xBlockTime);

//xsemaphore要获取的信号量；xBlockTime阻塞时间

xSemaphoreTakeFromISR()中断级获取信号量的函数

5.在中断中使用RTOS API注意点

    【FromISR】

    应使用xSemaphoreGiveFromISR，而不是xSemaphoreGive。

    【中断优先级设置】

    串口中断的优先级应该低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY（191，从另一个角度可以理解为11）设置的最高优先级，本文UART的响应优先级为configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY（该宏的具体值为15，数值越大优先级越低）。

    【main.c】

/* 使能USART1发送中断和接收中断，并设置优先级 */

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

/* 设定USART1 中断优先级 */

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    【FreeRTOSConfig.h】

/* This is the raw value as per the Cortex-M3 NVIC.  Values can be 255

(lowest) to 0 (1?) (highest). */

#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY     255

#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY  191 /* equivalent to 0xb0, or priority 11. */

/* This is the value being used as per the ST library which permits 16

priority values, 0 to 15.  This must correspond to the

configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY setting.  Here 15 corresponds to the lowest

NVIC value of 255. */

#define configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 15

    鉴于Cortex M3的NVIC的特性，请详细参考——【在Cortex M3平台上运行FreeRTOS】

5.总结

    【1】V8.X中使用xSemaphoreCreateBinary()创建的信号量初始值为"空"。

    【2】中断中发送信号量尽量使用XXXXFromISR。

    【3】某中断的优先级数值应大于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY。

【补充代码1】——vSemaphoreCreateBinary函数实现代码

#define vSemaphoreCreateBinary( xSemaphore ) \    { \        ( xSemaphore ) = xQueueGenericCreate( ( unsigned portBASE_TYPE ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE ); \        if( ( xSemaphore ) != NULL ) \        { \            ( void ) xSemaphoreGive( ( xSemaphore ) ); \        } \    }