FreeRTOS使用计数信号量进行任务同步与资源管理

介绍

在多任务系统中，任务之间的同步和对共享资源的管理是非常重要的。FreeRTOS 提供了丰富的同步机制，其中计数信号量是一种强大的工具，用于实现任务之间的同步和对资源的访问控制。

什么是计数信号量？

计数信号量是一种特殊的信号量，与二进制信号量不同，它的计数值可以超过1。计数信号量的计数值用于跟踪资源的可用性，允许多个任务同时访问共享资源，但受到最大计数值的限制。

计数信号量的创建

在 FreeRTOS 中，我们可以使用 xSemaphoreCreateCounting() 函数创建计数信号量。该函数需要两个参数：允许的最大计数值和初始计数值。

SemaphoreHandle_t xSemaphore = xSemaphoreCreateCounting(maxCount, initialCount);

计数信号量的操作

xSemaphoreGive()：释放一个计数信号量，并增加其计数值。
xSemaphoreTake()：获取一个计数信号量，如果计数为 0，则等待直到信号量变为可用。
vSemaphoreDelete()：删除一个计数信号量及其相关资源。

示例：任务同步与资源管理

让我们通过一个示例来说明计数信号量的使用。假设我们有两个任务需要访问一个共享资源，但是同时只能有三个任务访问该资源。我们可以使用计数信号量来控制对该资源的访问。

#include <Arduino.h>
#include <freertos/FreeRTOS.h>
#include <freertos/task.h>
#include <freertos/semphr.h>// 定义计数信号量句柄
SemaphoreHandle_t xCountingSemaphore;// 定义共享资源
int sharedResource = 0;// 任务函数
void Task1(void *pvParameters);
void Task2(void *pvParameters);void setup() {Serial.begin(115200);// 创建计数信号量，允许的最大计数值为 3，初始计数值为 0xCountingSemaphore = xSemaphoreCreateCounting(3, 3);// 创建任务1xTaskCreate(Task1, "任务1", 10000, NULL, 1, NULL);// 创建任务2xTaskCreate(Task2, "任务2", 10000, NULL, 1, NULL);
}void loop() {vTaskDelete(NULL);
}// 任务1函数
void Task1(void *pvParameters) {while (1) {// 获取计数信号量if (xSemaphoreTake(xCountingSemaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {// 访问共享资源sharedResource++;Serial.print("任务1: 共享资源增加至 ");Serial.println(sharedResource);// 释放计数信号量xSemaphoreGive(xCountingSemaphore);// 等待一段时间vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}}
}// 任务2函数
void Task2(void *pvParameters) {while (1) {// 获取计数信号量if (xSemaphoreTake(xCountingSemaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {// 访问共享资源sharedResource--;Serial.print("任务2: 共享资源减少至 ");Serial.println(sharedResource);// 释放计数信号量xSemaphoreGive(xCountingSemaphore);// 等待一段时间vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1500));}}
}