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学习FreeRTOS（互斥量）

news 2025/10/31 12:05:09

1. 互斥量

1.1 什么是互斥量？

在多数情况下，互斥型信号量和二值型信号量非常相似，但是从功能上二值型信号量用于同步，而互斥型信号量用于资源保护。

互斥型信号量和二值型信号量还有一个最大的区别，互斥型信号量可以有效解决优先级反转现象。

1.2 什么是优先级翻转？

以上图为例，系统中有3个不同优先级的任务H/M/L，最高优先级任务H和最低优先级任务L通过信号量机制，共享资源。目前任务L占有资源，锁定了信号量，Task H运行后将被阻塞，直到Task L释放信号量后， Task H才能够退出阻塞状态继续运行。但是Task H在等待Task L释放信号量的过程中，中等优先级任务M抢占了任务L，从而延迟了信号量的释放时间，导致Task H阻塞了更长时间，这种现象称为优先级倒置或反转。

优先级继承：当一个互斥信号量正在被一个低优先级的任务持有时，如果此时有个高优先级的任务也尝试获取这个互斥信号量，那么这个高优先级的任务就会被阻塞。不过这个高优先级的任务会将低优先级任务的优先级提升到与自己相同的优先级。

优先级继承并不能完全的消除优先级翻转的问题，它只是尽可能的降低优先级翻转带来的影响。

2. 互斥量相关 API 函数

互斥信号量不能用于中断服务函数中！

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void )

参数：

无

返回值：

成功，返回对应互斥量的句柄；

失败，返回 NULL 。

3.实操

实验需求

1. 演示优先级翻转

2. 使用互斥量优化优先级翻转问题

演示优先级翻转

cubeMX配置

代码实现：

/* USER CODE BEGIN Header_StarTaskH */
/*** @brief  Function implementing the TaskH thread.* @param  argument: Not used* @retval None*/
/* USER CODE END Header_StarTaskH */
void StarTaskH(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StarTaskH *//* Infinite loop */for(;;){xSemaphoreTake(myBinarySemHandle ,portMAX_DELAY); printf("TaskH:我开始占用CPU资源中....\r\n");HAL_Delay(1000);printf("TaskH:工作完毕...释放信号值\r\n");xSemaphoreGive(myBinarySemHandle );osDelay(1000);}/* USER CODE END StarTaskH */
}/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskM */
/**
* @brief Function implementing the TaskM thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskM */
void StartTaskM(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskM *//* Infinite loop */for(;;){printf("TaskM:占用CPU资源中....\r\n");osDelay(1000);}/* USER CODE END StartTaskM */
}/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskL */
/**
* @brief Function implementing the TaskL thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskL */
void StartTaskL(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskL *//* Infinite loop */for(;;){xSemaphoreTake(myBinarySemHandle ,portMAX_DELAY); printf("TaskL:我开始占用CPU资源中....\r\n");HAL_Delay(3000);printf("TaskL:工作完毕...释放信号值\r\n");xSemaphoreGive(myBinarySemHandle);osDelay(1000);}/* USER CODE END StartTaskL */
}

实验现象：

在TaskL占用二值信号量的时候，TaskM可以占用CPU资源，TaskL释放二值信号量，TaskH才得以获取二值信号量占用CPU资源。

使用互斥量优化优先级翻转问题

cubeMX配置

任务优先级同上，将二值信号量删除，改为互斥量

代码实现：

/* USER CODE BEGIN Header_StarTaskH */
/*** @brief  Function implementing the TaskH thread.* @param  argument: Not used* @retval None*/
/* USER CODE END Header_StarTaskH */
void StarTaskH(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StarTaskH *//* Infinite loop */for(;;){xSemaphoreTake(myMutexHandle ,portMAX_DELAY); printf("TaskH:我开始占用CPU资源中....\r\n");HAL_Delay(1000);printf("TaskH:工作完毕...释放信号值\r\n");xSemaphoreGive(myMutexHandle );osDelay(1000);}/* USER CODE END StarTaskH */
}/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskM */
/**
* @brief Function implementing the TaskM thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskM */
void StartTaskM(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskM *//* Infinite loop */for(;;){printf("TaskM:占用CPU资源中....\r\n");osDelay(1000);}/* USER CODE END StartTaskM */
}/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskL */
/**
* @brief Function implementing the TaskL thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskL */
void StartTaskL(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskL *//* Infinite loop */for(;;){xSemaphoreTake(myMutexHandle ,portMAX_DELAY); printf("TaskL:我开始占用CPU资源中....\r\n");HAL_Delay(3000);printf("TaskL:工作完毕...释放信号值\r\n");xSemaphoreGive(myMutexHandle );osDelay(1000);}/* USER CODE END StartTaskL */
}