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十一，FreeRTOS之——互斥信号量（优先级反转，优先级继承，递归锁）

2023-05-16

声明：本专栏参考韦东山，野火，正点原子以及其他博主的FreeRTOS教程，如若侵权请告知，马上删帖致歉，个人总结，如有不对，欢迎指正。

    • 互斥量理论
      • 实验一：互斥信号量基本使用
        • 调用函数创建互斥信号量
        • 打开宏开关
        • 创建任务
        • 实验仿真
      • 实验二：优先级反转实验
        • 实验描述
        • 实验仿真
      • 实验三：优先级继承
        • 实验仿真
      • 实验四：互斥量的缺陷（可由别人释放锁）
        • 实验概述
        • 实验仿真
      • 实验五：递归锁
        • 打开宏开关
        • 主函数创建递归信号量
        • 创建任务
        • 实验仿真

互斥量理论

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实验一：互斥信号量基本使用

互斥信号量本使用与二进制信号量无太大差别，二进制信号量需要先释放，互斥信号量不用，直接调用函数即可

调用函数创建互斥信号量

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打开宏开关

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创建任务

该实验任务创建与前一节二进制信号量的任务创建一样
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实验仿真

任务交替执行

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实验二：优先级反转实验

实验描述

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创建三个任务，分别为Flag1_Task，Flag2_Task，Flag3_Task ，优先级分别为1，2，3

按照时序来看看任务怎么执行，首先是任务3先执行，flag3标志置1后阻塞10个tick,接着执行任务2,任务2的flag2标志置1后阻塞30个tick，接着执行任务一，任务一的flag1标志置1后获得锁，10个tick后任务三执行，flag3标志置1后也获得锁，但是此时锁没有被释放，这时候任务三就一直处于阻塞的状态，这时候任务二的阻塞时间还没有到，任务1继续执行，到40个tick后任务二执行，这时候任务2进入循环且一直没有放弃cpu资源，

实验仿真

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实验三：优先级继承

对于上述实验二的情况，为了解决这一问题，提出了优先级继承的方法，大概是在实验二的条件下，任务三的优先级会被任务一继承，这时候任务1的优先级就是3，就可以抢占任务2
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在上一个实验的基础上，只把二进制信号量改为互斥量看看会发生什么

实验仿真

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实验四：互斥量的缺陷（可由别人释放锁）

互斥量的本意是，谁持有，就由谁来释放，但是在freeRTOS这里并没有实现，递归锁实现了这一意思，谁持有，就由谁来释放，先来看看这一实验

实验概述

创建三个任务，任务1与任务2共用串口资源，互斥执行，任务三来释放这个锁，在其中捣蛋
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实验仿真

任务在运行一段时间之后，由于任务三把锁释放掉了，导致错误产生

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实验五：递归锁

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打开宏开关

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主函数创建递归信号量

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创建任务

 /* 创建Flag1_Task任务 */
  xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )Flag1_Task, /* 任务入口函数 */
                        (const char*    )"Flag1_Task",/* 任务名字 */
                        (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */
                        (void*          )"Task 1 is running",	/* 任务入口函数参数 */
                        (UBaseType_t    )1,	    /* 任务的优先级 */
                        (TaskHandle_t*  )&Task1_Handle);/* 任务控制块指针 */
  if(pdPASS == xReturn)
    printf("创建Flag1_Task任务成功!\r\n");
	
	 /* 创建Flag2_Task任务 */
  xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )Flag2_Task, /* 任务入口函数 */
                        (const char*    )"Flag2_Task",/* 任务名字 */
                        (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */
                        (void*          )"Task 2 is running",	/* 任务入口函数参数 */
                        (UBaseType_t    )1,	    /* 任务的优先级 */
                        (TaskHandle_t*  )&Task2_Handle);/* 任务控制块指针 */
  if(pdPASS == xReturn)
    printf("创建Flag2_Task任务成功!\r\n");
	
	
	 /* 创建Flag3_Task任务 */
  xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )Flag3_Task, /* 任务入口函数 */
                        (const char*    )"Flag3_Task",/* 任务名字 */
                        (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */
                        (void*          )"Task 3 is running",	/* 任务入口函数参数 */
                        (UBaseType_t    )1,	    /* 任务的优先级 */
                        (TaskHandle_t*  )&Task3_Handle);/* 任务控制块指针 */
  if(pdPASS == xReturn)
    printf("创建Flag3_Task任务成功!\r\n");

以下代码可以看出，使用递归锁可以有效保护资源，不会被别的任务开锁

/*优先级1*/
static void Flag1_Task(void * param)
{
  
	int i;
	while (1)
	{
		xSemaphoreTakeRecursive(xSemUART, portMAX_DELAY);

		printf("%s\r\n", (char *)param);
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			xSemaphoreTakeRecursive(xSemUART, portMAX_DELAY);
			printf("%s in loop %d\r\n", (char *)param, i);
			xSemaphoreGiveRecursive(xSemUART);
		}
		
		xSemaphoreGiveRecursive(xSemUART);
		vTaskDelay(1);
	}
}


/*优先级1*/
static void Flag2_Task(void * param)
{
 
	int i;
	while (1)
	{
		xSemaphoreTakeRecursive(xSemUART, portMAX_DELAY);

		printf("%s\r\n", (char *)param);
		for (i = 0; i < 10; i++)
		{
			xSemaphoreTakeRecursive(xSemUART, portMAX_DELAY);
			printf("%s in loop %d\r\n", (char *)param, i);
			xSemaphoreGiveRecursive(xSemUART);
		}
		
		xSemaphoreGiveRecursive(xSemUART);
		vTaskDelay(1);
	}
}

/*优先级1*/
static void Flag3_Task(void * param)
{
 vTaskDelay(10);
	while (1)
	{
		while (1)
		{
			if (xSemaphoreTakeRecursive(xSemUART, 0) != pdTRUE)/*如果获取锁不成功的话*/
			{
				xSemaphoreGiveRecursive(xSemUART);/*释放这个锁*/			
			}
			else/*获取成功*/
			{
				break;/*跳出循环*/
			}
		}
		printf("%s\r\n", (char *)param);/*打印……*/
		xSemaphoreGiveRecursive(xSemUART);/*释放锁*/
		vTaskDelay(1);
	}
}

实验仿真

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git仓库源码地址：https://gitee.com/he-dejiang/free-rtos.git

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