官方文档参考

6.4 Binary Semaphores Used for Synchronization

[[FreeRTOS_Mastering_the_FreeRTOS_Real_Time_Kernel-A_Hands-On_Tutorial_Guide.pdf#page=218&selection=5,0,7,42|FreeRTOS_Mastering_the_FreeRTOS_Real_Time_Kernel-A_Hands-On_Tutorial_Guide, page 218]]

官网文档函数参考

209 4.1 vSemaphoreCreateBinary()

[[FreeRTOS_Reference_Manual_V10.0.0.pdf#page=209&selection=0,3,4,24|FreeRTOS_Reference_Manual_V10.0.0, page 209]]

上面是旧的信号量创建函数，已不再推荐使用，在新版本中，应使用如下函数：

4.2 xSemaphoreCreateBinary()

[[FreeRTOS_Reference_Manual_V10.0.0.pdf#page=212&selection=2,0,4,24|FreeRTOS_Reference_Manual_V10.0.0, page 212]]

什么是信号量

信号量

如同红绿灯一样，控制任务（Task）进行同步，哪些任务可以优先执行，哪些任务可以暂停。

二进制信号量

二进制信号量只有两个值，要么0要么1，1 的时候就开始执行，0 的时候停止执行，经常使用信号量的方式进行同步。

`xSemaphoreCreateBinary():`

#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void );

函数说明：

创建一个二进制信号量，返回一个可以引用的信号量句柄。
RAM needed.
信号量创建初始状态为空，意味着要先给它一个信号（Give），信号量才能正常使用。

参数：

None:无参数。

返回值：

NULL: FreeRTOS 的堆中没有足够的内存，无法创建信号量句柄。
Any other value:信号量创建成功，返回一个可以引用的信号量句柄。

注意：

直接给任务下发通知，通常要比信号量更轻便、更快速。
信号量和互斥锁非常相似，但是一些微小的区别。互斥锁包含着优先级继承机制，而二进制信号量没有。这个导致二进制信号量是处理任务同步时的最佳选择。互斥锁是实现简单互斥的更好选择。 ^46986d
- 二进制信号量：
  - 用于同步的二进制信号量在成功“获取”后不需要再“归还”。任务同步是通过一个中断或任务“给出“的信号量来实现的，同时别的任务“获取”信号量。请注意，使用直接任务通知，通常可以逢有效地实现任务同步。
- 互斥锁： ^0e1b84
  - 如果另一个优先级更高的任务尝试获取互斥锁，则持有互斥锁的任务的优先级会提高。
  - 已经获取互斥锁的任务，会“继承”试图获取相同互斥锁的任务的优先级。
  也就是说，我持有，但是你的地位高，并且你要，因而我的地位会和你一样高，让你获取不到互斥锁。
  - 互斥锁返回后，任务继承的优先级会被还原。
  - 任务在使用完互斥锁后，必须始终归还互斥锁。换句话说，任何任务不可能一直持有同一个互斥锁。
互斥锁和二进制信号量均使用SemaphoreHandle_t，并且可以在任何用此类型形参的 API 函数中使用。
互斥锁和二进制信号量都可以使用函数xSemaphoreCreateBinary()创建的信号量。

`xSemaphoreTake()`

#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"

BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait );

函数说明：

获取之前用xSemaphoreCreate(), xSemaphoreCreateCounting(), xSemaphoreCreateMutex()创建的信号量。

参数：

xSemaphore:用于获取信号量的句柄。
xTicksToWait:超时等待时间。

返回值：

pdPASS:成功获取到信号量。
pdFAIL:获取信号量失败。

注意事项：

必须在运行中的任务调用此函数。
不得在程序关键部分或任务暂停（ Suspend ）时调用此函数。

`xSemaphoreGive()`

#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"

BaseType_t xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore );

函数说明：

创建一个信号量之后，首先要释放这个信号量。
vSemaphoreCreateBinary(), xSemaphoreCreateCounting(), xSemaphoreCreateMutex()，用这些函数创建信号量之后，均应使用此函数来先释放信号量。

参数：

xSemaphore:需要被释放的信号量句柄。

返回值：

pdPASS:释放信号量成功。
pdFAIL:信号量释放失败，因为调用此函数的任务并非信号量的持有者。任何任务必须成功“获取”信号量，然后才能“归还”信号量。

需要在创建信号量之后（xSemaphoreCreateBinary()...），用此函数（xSemaphoreGive()）首先给一个信号量，才能正常锁住数据。

示例代码

此处代码信号量的作用是“锁住”数据，即一个任务对数据进行修改时，另一个任务不可对相同的数据修改。

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
#include "sdkconfig.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_flash.h"
#include "esp_system.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "freertos/semphr.h"

static SemaphoreHandle_t semaphore_handle; // 创建信号量句柄，公共使用
static int count = 0; // 即将上锁的数据

void task_1(void *pvPara)
{
    while (true) {
		// 开启（拿走）信号，即表明，“我”要对数据进行更改了，另一个任务不可同时对公共数据修改
        xSemaphoreTake(semaphore_handle, portMAX_DELAY);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            count++;
            printf("[TASK 1]count = %d\n", count);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }

		// 把信号还回去，即 其他任务可以对公共数据修改了
        xSemaphoreGive(semaphore_handle);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

void task_2(void *pvPara)
{
    while (true) {
        xSemaphoreTake(semaphore_handle, portMAX_DELAY);

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            count++;
            printf("[TASK 2]count = %d\n", count);
            vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
        }

        xSemaphoreGive(semaphore_handle);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

void app_main(void)
{
	// 创建信号量
    semaphore_handle = xSemaphoreCreateBinary();
	// 信号量创建完成后，首先要给予一个信号
    xSemaphoreGive(semaphore_handle);

    xTaskCreate(task_1, "Task 1", 2048, (void *)semaphore_handle, 1, NULL);
    xTaskCreate(task_2, "Task 2", 2048, (void *)semaphore_handle, 1, NULL);
}

示例输出

15. 二进制信号量（binary semaphore）-20240615224504305.webp

程序输出表明，两个任务分别对公共数据进行连续读写，在一个任务读写数据时，另一个任务完全不干扰。如果不用信号量对数据上锁，则两个任务会交替续写公共数据。

相当于信号灯，Task 1 绿灯时，有权读写数据，而 Task 2 无权读写；Task 2 绿灯时，有权读写数据，而 Task 1 无权读写数据。