FREERTOS信号量

### FreeRTOS信号量概述

在嵌入式实时操作系统中，任务间的同步和资源共享至关重要。FreeRTOS提供了多种同步机制，而信号量作为一种常用且强大的工具，在此环境中扮演着重要角色[^1]。

#### 信号量的概念与分类

信号量用于控制多个任务访问共享资源的方式。根据用途不同可分为：

- **二值信号量**：仅允许持有者进入临界区；其他尝试获取该信号量的任务会被阻塞直到它变得可用为止。

- **计数型信号量**：允许多个单位被分配给请求者（即可以有多个许可证），适用于管理一组相同类型的资源实例的情况。

- **互斥信号量**：专门设计用来保护单个全局变量或其他数据结构免受并发修改的影响，具有所有权属性以防止优先级反转问题的发生。

对于上述每种类型，FreeRTOS都提供了一套API函数来进行创建、删除以及等待/释放操作[^2]。

#### 创建与销毁信号量

要使用这些功能之前需先定义并初始化相应的句柄对象。下面展示了一个简单的例子说明如何声明一个静态形式的互斥锁(mutex semaphore):

SemaphoreHandle_t xMutex;

// 初始化互斥信号量
void setup() {
    // 静态分配内存空间给信号量
    StaticSemaphore_t xMutexBuffer;
    
    // 创建互斥信号量, 并指定其存储位置
    xMutex = xSemaphoreCreateMutexStatic(&xMutexBuffer);
}

当不再需要某个特定的信号量时可以通过调用`vSemaphoreDelete()`将其彻底移除:

if (xMutex != NULL){
    vSemaphoreDelete(xMutex); 
}

#### 获取与释放信号量

为了确保安全地访问由信号量所守护的数据区域，必须遵循严格的获取(`take`) 和 放弃 (`give`) 协议 :

##### Take(获取)

通过 `xSemaphoreTake()` 函数可以获得对资源独占性的控制权 。如果当前没有足够的许可，则会依据设定的时间参数决定是否应该挂起当前线程直至条件满足。

if(pdPASS == xSemaphoreTake(xMutex,portMAX_DELAY)){
    /* 成功获得信号量 */
}else{
    /* 失败处理逻辑 */
}

##### Give(释放)

一旦完成必要的工作之后应当立即交还权限以便让下一个排队中的进程得以继续执行下去。这通常是在临界区内结束前的最后一项动作。

/* 完成关键部分的操作 */

if(pdTRUE==xSemaphoreGive(xMutex)){
    /* 正常给出信号量 */
} else {
    /* 错误情况下的应对措施 */
}

以上就是关于FreeRTOS下不同类型信号量的基本介绍及其典型应用场景。值得注意的是实际开发过程中还需要考虑诸如超时设置等因素来优化性能表现[^4]。