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【FreeRTOS】任务间通讯3：互斥量- Mutex

news 2025/8/9 5:51:49

想象一下这样的场景：几个任务像饿狼一样盯着同一块"肥肉"（共享资源），如果不加以控制，结果会怎样？数据被改得面目全非，系统行为变得莫名其妙——这就是典型的多任务"修罗场"！

在FreeRTOS的多任务世界里，共享资源就像公司里唯一的打印机：

当财务部正在打印工资单时...
市场部突然插队打印宣传册...
结果？工资单上可能印满了产品广告

互斥量(Mutex)！它就像资源的"独享VIP卡

一、互斥量简介

互斥量(Mutex, Mutual Exclusion)是FreeRTOS中用于任务间同步的一种机制，主要用于保护共享资源，防止多个任务同时访问同一资源导致的数据不一致问题。互斥量是一种特殊的二进制信号量，具有优先级继承机制，可以有效解决优先级反转问题。

二、互斥量的作用

资源保护：确保同一时间只有一个任务可以访问共享资源
解决竞争条件：防止多个任务同时修改共享数据导致的不一致
优先级继承：当高优先级任务因等待低优先级任务持有的互斥量而阻塞时，低优先级任务会临时继承高优先级任务的优先级
线程安全：实现关键代码段的互斥访问

三、互斥量API接口

1. 创建互斥量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void );

参数：无
返回值：成功返回互斥量句柄，失败返回NULL

2. 获取互斥量

BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait );

参数：

xSemaphore：互斥量句柄
xTicksToWait：等待时间(单位：时钟节拍)，可使用portMAX_DELAY表示无限等待

返回值：

pdPASS：成功获取互斥量
pdFAIL：获取失败(超时)

3. 释放互斥量

BaseType_t xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore );

参数：

xSemaphore：互斥量句柄

返回值：

pdPASS：成功释放互斥量
pdFAIL：释放失败(通常表示当前任务不持有该互斥量)

4. 删除互斥量

void vSemaphoreDelete( SemaphoreHandle_t xSemaphore );

参数：

xSemaphore：要删除的互斥量句柄

四、应用Demo实例

以下是一个使用互斥量保护共享资源的示例：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"// 共享资源
static int sharedCounter = 0;// 互斥量句柄
SemaphoreHandle_t xMutex;// 任务1：增加计数器
void vTask1(void *pvParameters) {while(1) {// 获取互斥量if(xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdPASS) {// 临界区开始sharedCounter++;printf("Task1: Counter = %d\n", sharedCounter);// 临界区结束// 释放互斥量xSemaphoreGive(xMutex);}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));}
}// 任务2：减少计数器
void vTask2(void *pvParameters) {while(1) {// 获取互斥量if(xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdPASS) {// 临界区开始sharedCounter--;printf("Task2: Counter = %d\n", sharedCounter);// 临界区结束// 释放互斥量xSemaphoreGive(xMutex);}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(150));}
}int main(void) {// 创建互斥量xMutex = xSemaphoreCreateMutex();if(xMutex == NULL) {printf("Mutex creation failed!\n");return -1;}// 创建任务xTaskCreate(vTask1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, NULL);xTaskCreate(vTask2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, NULL);// 启动调度器vTaskStartScheduler();// 正常情况下不会执行到这里while(1);return 0;
}