FreeRTOS—计数型信号量

一、计数型信号量简介

计数型信号量相当于队列长度大于 1 的队列，因此计数型信号量能够容纳多个资源，这在计数型信号量被创建的时候确定的。它的使用场合有：

• 事件计数：当每次事件发生后，在事件处理函数中释放计数型信号量（计数值+1），其他任务会获取计数型信号量（计数值-1），这种场合一般在创建时将初始计数值设置为 0
• 资源管理：信号量表示有效的资源数目，任务必须先获取信号量（信号量计数值-1）才能获取资源控制权，当计数值减为零时表示没有的资源。当任务使用完资源后，必须释放信号量（信号量计数值+1），信号量创建时计数值应等于最大资源数目

二、计数型信号量相关API函数

使用计数型信号量的过程：创建计数型信号量 - 释放信号量 - 获取信号量，该方法与使用二值信号量一致：

函数	描述
xSemaphoreCreateCounting( )	使用动态方法创建计数型信号量
uxSemaphoreGetCount( )	获取信号量的计数值

2.1.动态方法创建计数型信号量

此函数用于使用动态方式创建计数型信号量，创建计数型信号量所需的内存，由 FreeRTOS 从 FreeRTOS 管理的堆中进行分配。该函数实际上是一个宏定义，在 semphr.h 中有定义，具体的代码如下所示：

#define xSemaphoreCreateCounting(uxMaxCount, uxInitialCount)      xQueueCreateCountingSemaphore((uxMaxCount),       (uxInitialCount)) 

下面表格是它的形参和描述：

形参	描述
uxMaxCount	计数值的最大值限定
uxInitialCount	计数值的初始值

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
NULL	创建失败
其他值	创建成功返回计数型信号量的句柄

2.2.获取信号量的计数值

此函数用于获取信号量当前计数值的大小：

#define uxSemaphoreGetCount(xSemaphore)uxQueueMessagesWaiting((QueueHandle_t)(xSemaphore))

下面表格是它的形参和描述：

形参	描述
xSemaphore	信号量的句柄

下面表格是它的返回值：

返回值	描述
整数	当前信号量的计数值大小

三、实验

3.1.实验设计

本实验将设计三个任务：

• start_task：用来创建 task1 和 task2 任务
• task1：用于按键扫描，当检测到按键 KEY0 被按下时，释放计数型信号量
• task2：每过一秒获取一次计数型信号量，当成功获取后打印信号量计数值

3.2.软件设计

和二值信号量创建一样，再入口函数里面创建，定义了最大释放数值为 10，从 0 开始计数：

QueueHandle_t count_semphr_handle;	//定义这个计数型信号量的句柄
void freertos_demo(void)
{count_semphr_handle = xSemaphoreCreateCounting(10,0);if(count_semphr_handle != NULL){printf("计数型信号量创建成功\r\n");}xTaskCreate((TaskFunction_t)    start_task,(char*)             "start_task",(uint16_t)          START_TASK_STACK_SIZE,(void*)             NULL,(UBaseType_t)       START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t*)     &start_task_handler);vTaskStartScheduler();  		
}

下面是 task1 的代码，按下按键，就释放一次信号量，最多只能释放到 10：

void task1(void *pvParameters)
{uint8_t key = 0;BaseType_t err = 0;while(1){key = key_scan(0);if(key == KEY0_PRES){err = xSemaphoreGive(count_semphr_handle);if(err == pdPASS){printf("信号量释放成功\r\n");}}}
}

下面是 task2 的代码，每个 2s 就消耗一次资源，当资源为 0 时，task2 进入阻塞态，需要 task1 按键按下才有资源运行：

void task2(void *pvParameters)
{while(1){xSemaphoreTake(count_semphr_handle, portMAX_DELAY);printf("还剩%d资源\r\n",uxSemaphoreGetCount(count_semphr_handle));vTaskDelay(2000);}
}

下图是运行结果，为什么一开始按下按键就显示还剩 0 资源，因为按下按键之后，代码顺序是先消耗，再打印结果出来：