1.FreeRTOS功能和特点
2.FreeRTOS系列教程（四）：如何使用信号量
3.Freertos（4）----信号量
4.FreeRTOS简介
5.FreeRTOS递归互斥信号量
6.FreeRTOS系列教程（六）：如何使用队列集
FreeRTOS功能和特点
FreeRTOS是源码一个功能强大且特点显著的实时操作系统，其设计以灵活性和易用性为核心。解读它提供了混合配置选项，源码让开发者可以根据项目需求选择合适的解读特性，以满足不同的源码应用场景。 FreeRTOS注重代码的解读传奇2源码完整性和信任度，确保高层次的源码代码在运行过程中不受破坏。它的解读设计目标明确，致力于创造简单易用的源码开发体验，特别适合C语言开发，解读代码结构紧凑，源码便于携带和移植。解读 在任务管理方面，源码FreeRTOS支持同时处理两项任务和共享例程，解读使得系统资源的源码利用率得以提高。它还拥有强大的执行跟踪功能，有助于开发者深入了解任务执行情况，便于调试和优化。 安全是FreeRTOS的一大亮点，它内置了堆栈溢出检测功能，有效防止因堆栈溢出导致的系统崩溃。更重要的是，它不限制任务的数量和优先级，允许多个任务共享相同的优先级，无需担心优先级继承权的问题，极大地增强了系统的并发性能。 此外，FreeRTOS提供了丰富的同步和通信机制，包括队列、二进制信号量、计数信号灯以及递归通信，为任务间的协作提供了多种途径。对于需要优先级继承权的场景，它也提供了相应的解决方案。 最吸引人的可能是其开源特性，FreeRTOS的源代码可供免费使用，无需担心版权问题。它还支持从标准的Windows主机进行交叉开发，大大降低了开发者的入门门槛和部署复杂性。扩展资料
在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的pot源码直通应用。采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。FreeRTOS系列教程（四）：如何使用信号量
大家好，我是旭辉君，一个智能硬件领域深度探索的技术博主。
在上篇文章中，我们理解了在FreeRTOS中如何使用消息队列进行任务间的数据传递，链接如下：
本文我们就一起来探索信号量的使用。所谓信号量，可以简单的理解为就是一个状态标志，我们可以用这个状态标志来进行任务间的同步，有序访问，或者互斥访问。从这些对于信号量不同的应用，常用的信号量可以分为：
本文我们将重点讲述二值信号量与计数信号量的使用。互斥信号量放在下一篇文章讲解。通过本文，我们将会知道：
接下来让我们一起，进入信号量的探索之旅！
如前文所述，信号量可以提供任务间数据的同步机制。我们假设有两个任务TaskA和TaskB，其中TaskB等待TaskA产生的数据并进行处理，按照之前我们在裸机编程时候的思路，一般都是设置一个全局变量，然后在while1中轮流执行这两个任务，若TaskA产生的数据让这个全局变量发生改变，TaskB在轮询到之后就能处理这些数据，但是，如果TaskA里面的数据久久不发生改变，那么一直轮询TaskB就是无效的，CPU做了许多的无用功。
所以应该怎么优化呢？
假若在TaskA数据发生不改变的时候，TaskB进入阻塞态不执行，当TaskA数据发生改变的时候才去执行TaskB，这样就不会浪费CPU的资源。为此，诗宇源码FreeRTOS引入了信号量（Semaphore）概念，通过信号量的同步机制可以使任务在数据还没到达的时候进入阻塞状态，在数据到达之后才得以执行，提高系统资源利用率。
二进制信号量只有两个状态，只能用于两个任务间的同步；计数信号量中信号量的数目可以自定义设定为多个，可用于多个任务间的同步。
创建信号量时， 系统会为创建的信号量对象分配内存， 二值信号量的最大可用信号量个数为 1。创建成功后，任何任务都可以从创建的二值信号量资源中获取这个二值信号量，获取成功则任务继续运行， 否则任务会根据用户指定的阻塞超时时间来等待其它任务或者中断释放信号量。在等待这段时间，系统将任务变成阻塞态， 任务将被挂到该信号量的阻塞等待列表中。下图为任务获取信号量时的示意图：获取信号量无效时任务进入阻塞，其他任务释放信号量后，信号量有效，该任务恢复为就绪态。
相比于二值信号量，计数信号量允许多个任务获取同一个信号量，这多个任务的数目可以由我们设定。比如我们设定，某个资源只能有 3 个任务访问，那么第 4 个任务访问的时候，会因为获取不到信号量而进入阻塞，等到有任务（比如任务 1）释放掉该资源的时候，第 4 个任务才能获取到信号量从而进行资源的访问，其运作的机制具体见下图：
观察信号量控制块结构体以及信号量创建函数的源码，我们就会惊奇的发现：FreeRTOS 的信号量控制块结构体与消息队列结构体是一模一样的！信 号 量 的 创 造 实 际 调 用 的 函 数 xQueueGenericCreate()也与消息队列一样！只是参数或者其代表的意义有一些差异。
所以我们可以理解为：信号量就是一种特殊的消息队列！由于我们只关注信号状态，不关注消息内容，这个队列就没有设置消息存储空间。
其中，xSemaphoreCreateBinary()是源码编译gfortran一个宏定义，展开后调用xQueueGenericCreate()，也就是上一篇文章我们创建队列时候使用的函数，只是传递的参数不同。
与二值信号量一样，xSemaphoreCreateCounting()展开后也是调用xQueueGenericCreate()，创建的计数信号量只有消息队列控制块结构体存储空间而没有消息存储空间 。
删除信号量函数vSemaphoreDelete()是一个宏定义，其调用的是vQueueDelete()函数。删除信号量过程其实就是删除消息队列过程， 因为信号量其实就是特殊的，无法存储消息的消息队列。
xSemaphoreGive()是一个用于释放信号量的宏， 真正的实现该过程是调用消息队列通用发送函数xQueueGenericSend()。释放信号量实际上是一次入队操作，并且阻塞时间为0，也就是释放信号量时，如果信号量计数值已满，就返回信号量释放错误。
xSemaphoreTake()是一个用于获取信号量的宏， 真正的实现该过程是调用消息队列通用接收函数xQueueGenericReceive()。信号量获取实际上就是一次消息出队操作，所以我们也可以按照消息队列的接收机制来理解信号量的获取：当有任务试图获取信号量的时候，当且仅当信号量有效，也就是队列中存在可用信号量的时候，任务才能获取到信号量。
如果信号量无效，在用户指定的阻塞超时时间中，该任务将保持阻塞状态以等待信号量有效。在阻塞超时等待的时间内，如果有其它任务或中断释放了有效的信号量，该任务将自动由阻塞态转移为就绪态。如果任务等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使信号量中还是没有可用信号量，任务也会自动从阻塞态转移为就绪态。
创建三个任务，task_example_1，task_example_2和task_example_3。其中task_example_1用于计时，每3s让task_example_2释放二值信号量，task_example_3用于信号量获取，飞鱼源码论坛在获取不到信号量的时候一直死等。主体代码如下：
下图为运行后的串口输出结果：可以看到，cnt计数的时候，每3s释放一个二值信号量，然后立即就能被获取到，实现了Task2与Task3两个任务间的同步。
创建计数信号量xSemaphoreCreateCounting(5,3)，其中参数5表示最大可容纳五个状态，任务每获取一个信号量，信号量计数减一，每释放一个信号量，信号量计数加一。初始值为3，表示初始里面已经有了三个信号量。同样三个任务，task_example_3每ms获取一个信号量， task_example_2每2s释放一个信号量，task_example_1用于每1s的计时显示。程序主体代码如下：
运行程序后串口输出如下：可以看到，初始计数信号量有3个，随着不断获取，计数信号量为空，之后就获取失败，只有计数信号量释放后才能继续获取。
本文主要探索了二值信号量与计数信号量的原理及其使用方法，包括信号量的原理，信号量的运行机制，信号量与消息队列的比较，信号量的相关API函数，以及信号量的使用实验等。通过本文，不知道大家对第一节的几个问题，有没有自己的答案。有疑问的同学，欢迎评论区留言交流。原创不易，大家的点赞和关注是对我持续更新最大的鼓励，谢谢！也为坚持看到系列文章此处的你点赞！
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Freertos（4）----信号量
Freertos中的二值信号量是一种用于任务间或任务与中断间同步的基本工具。它与互斥信号量类似，但不具备优先级继承机制。二值信号量的特点在于其队列仅有一项，意味着队列要么为空，要么已满，任务只需判断队列状态，无需关注具体消息内容。
以温湿度传感器为例，如果采集数据和刷新屏幕的周期不同步，可能会浪费CPU资源。通过使用二值信号量，传感器数据采集完成后才会触发屏幕刷新，确保数据的准确性并节省CPU资源。在操作中，任务会根据信号量队列状态进入阻塞或非阻塞状态。
Freertos通过在发送信号量时立即返回，避免了发送端和接收端的同步问题。创建二值信号量时，API与创建队列类似，只是设置消息数量为1，大小为0，类型为二值信号量队列。
计数信号量则更注重资源管理，允许多个任务访问，但限制任务总数。当超过限制时，后续任务会阻塞，直到有任务释放资源。这种机制就像多个人上厕所的比喻，确保了资源访问的有序性。
互斥信号量则提供了互斥和优先级继承特性，确保临界资源的独占访问，避免优先级翻转问题。在源码中，创建、释放和获取互斥信号量的过程同样体现了简化设计的理念。
递归互斥信号量允许任务多次获取并释放，但必须是成对操作，且同样具有优先级继承机制。递归互斥信号量的API和源码实现同样遵循这一原则。
FreeRTOS简介
FreeRTOS，一个专为小型嵌入式系统设计的迷你操作系统内核，它的存在旨在提供基础的系统功能。它的核心特性包括任务管理、精准的时间管理、信号量机制、消息队列服务以及内存和记录功能，这些使得它在资源有限的小型系统中展现出强大的适应性。[1] 由于实时操作系统对系统资源，特别是RAM的需求，像μC/OS-II、embOS和salvo这样的RTOS能够在小容量RAM的单片机上运行，而FreeRTOS就是其中之一。相比于商业的μC/OS-II和embOS，FreeRTOS的一大亮点是其开源的性质，用户可以自由获取和使用源代码。此外，它还具有高度的可移植性和可裁剪性，开发者可以根据项目需求灵活定制和移植到各种类型的单片机上。目前，FreeRTOS的最新版本为7.4.0，这表明其持续更新和优化，以满足不断变化的嵌入式系统需求。扩展资料
在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。FreeRTOS递归互斥信号量
递归互斥信号量是一种特殊的互斥信号量，不同于普通互斥信号量，已经获取递归互斥信号量的任务可以再次获取此信号量，即任务可以嵌套使用，次数不限。递归互斥信号量同样需解决优先级继承问题，获取的次数必须释放相同的次数，且不能在中断服务函数中使用。
递归互斥信号量的实现通过宏调用xQueueCreateMutex()函数创建，此函数源码细节参考互斥信号量章节3.1的介绍。释放递归互斥信号量使用宏调用xSemaphoreGiveRecursive()函数，调用xQueueGiveMutexRecursive()完成释放过程。获取递归互斥信号量使用宏调用xSemaphoreTakeRecursive()函数，执行xQueueTakeMutexRecursive()实现获取。
实例展示了递归互斥信号量的应用。通过STMCubeMX将FreeRTOS移植至工程，创建优先级高低不同的三个任务与一个递归互斥信号量。在MDK-ARM软件中编程，编译无误后下载至开发板，使用串口调试助手观察调试信息。
如需获取FreeRTOS递归互斥信号量实例的完整工程源代码，请关注公众号并在公众号内发送指定消息。
FreeRTOS系列教程（六）：如何使用队列集
本文主要探讨FreeRTOS中的队列集功能，如何在多任务环境下实现高效的消息传递和信号处理。队列集允许任务同时等待多个队列或信号量，解决单一资源等待可能导致的阻塞问题。
在传统的FreeRTOS实现中，任务只能逐一处理消息队列或信号量。例如，任务A需要接收消息并获取信号量，如果消息队列无数据，信号量未释放，任务A会阻塞。队列集的引入则提供了解决方案：创建一个队列集，任务A不断从队列集中获取消息，根据句柄类型（队列或信号量）执行相应操作，这样就能确保任务在收到任何类型的事件时都能立即响应，避免了阻塞。
队列集的使用涉及几个关键API函数，如xQueueCreateSet()用于创建队列集，xQueueAddToSet()和xQueueRemoveFromSet()用于添加和删除队列，xQueueSelectFromSet()用于从队列集中获取消息。通过这些函数，可以灵活地管理任务之间的通信。
接下来，我们通过一个实验展示了队列集的应用。创建三个任务，任务1优先级最高，用于接收队列集中的消息。实验结果显示，任务能及时响应队列或信号量的变化，无论消息队列还是二值信号量，都能使任务从阻塞状态恢复。
总结来说，队列集是FreeRTOS中提升任务协作效率的重要工具，它扩展了任务的并发处理能力，降低了阻塞风险。如果你对队列集的使用还有疑问，欢迎在评论区交流。感谢你的关注与支持，如果你需要相关源码或学习资料，可关注微信公众号：硬件电子与嵌入式小栈，获取更多信息和资源。
FreeRTOS源码探析之——消息队列
消息队列是FreeRTOS中的一种关键数据结构，用于实现进程间通信。其运作机制首先由FreeRTOS分配内存空间给消息队列，并初始化为空，此时队列可用。任务或中断服务程序可以给消息队列发送消息，发送紧急消息时，消息将直接放置于队头，确保接收者能优先处理。这种机制保证了紧急消息的优先级。
为了防止消息队列被并发读写时的混乱，FreeRTOS提供了阻塞机制，确保操作的进程能够顺利完成，不受其他进程干扰。接收消息时，若队列为空，进程可选择等待，直到消息到达。在发送消息时，只有队列允许入队时，发送才成功，避免了队列溢出。优先级较高的进程将优先访问消息队列，这通过任务优先级排序实现。
消息队列控制块包含了队列的管理信息，如消息存储位置、头尾指针、消息大小和队列长度等。这些信息在创建队列时即被初始化，并且无法改变。每个消息队列与消息空间共享同一段连续内存，只有在队列被删除时，这段内存才会被释放。消息队列长度在创建时指定，决定了消息空间总数。
FreeRTOS通过xQueueGenericCreate()函数创建消息队列，该函数首先分配内存，然后初始化队列。初始化过程涉及队列长度和消息大小等参数的设置，并通过xQueueGenericReset()函数进行队列复位。
队列复位时，vListInitialise()函数构建了列表结构，这是消息队列内部的组织形式。列表结构体定义了节点类型，而vListInitialise函数初始化了列表，为消息队列的使用做好准备。
发送消息时，xQueueSend()或其底层实现xQueueGenericSend()函数根据参数选择发送位置。默认情况下，消息会发送至队尾。接收消息则通过xQueueReceive()或xQueueGenericReceive()函数实现，参数通常包括队列句柄和接收的消息指针。
消息队列的发送和接收过程中，若队列已满或为空，可能会触发任务切换，以避免阻塞进程。这种机制确保了消息队列在进程间通信中的高效和有序，是FreeRTOS系统中实现进程间协作的关键组件。
