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這篇文章主要介紹“FreeRTOS信號量API函數怎么用”的相關知識，小編通過實際案例向大家展示操作過程，操作方法簡單快捷，實用性強，希望這篇“FreeRTOS信號量API函數怎么用”文章能幫助大家解決問題。
FreeRTOS的信號量包括二進制信號量、計數信號量、互斥信號量（以后簡稱互斥量）和遞歸互斥信號量（以后簡稱遞歸互斥量）。我們可以把互斥量和遞歸互斥量看成特殊的信號量。
信號量API函數實際上都是宏，它使用現有的隊列機制。這些宏定義在semphr.h文件中。如果使用信號量或者互斥量，需要包含semphr.h頭文件。
二進制信號量、計數信號量和互斥量信號量的創建API函數是獨立的，但是獲取和釋放API函數都是相同的；遞歸互斥信號量的創建、獲取和釋放API函數都是獨立的。
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void );
這個函數用于創建一個二進制信號量。二進制信號量要么有效要么無效，這也是為什么叫做二進制的原因。
新創建的信號量處于無效狀態，這意味著使用API函數xSemaphoreTake()獲取信號之前，需要先給出信號。
二進制信號量和互斥量非常相似，但也有細微的區別：互斥量具有優先級繼承機制，二進制信號量沒有這個機制。這使得二進制信號量更適合用于同步（任務之間或者任務和中斷之間），互斥量更適合互鎖。
一旦獲得二進制信號量后不需要恢復，一個任務或中斷不斷的產生信號，而另一個任務不斷的取走這個信號，通過這樣的方式來實現同步。
低優先級任務擁有互斥量的時候，如果另一個高優先級任務也企圖獲取這個信號量，則低優先級任務的優先級會被臨時提高，提高到和高優先級任務相同的優先級。這意味著互斥量必須要釋放，否則高優先級任務將不能獲取這個互斥量，并且那個擁有互斥量的低優先級任務也永遠不會被剝奪，這就是操作系統中的優先級翻轉。
互斥量和二進制信號量都是SemaphoreHandle_t類型，并且可以用于任何具有這類參數的API函數中。
1.2返回值
NULL：創建信號量失敗，因為FreeRTOS堆棧不足。 其它值：信號量創建成功。這個返回值存儲著信號量句柄。
1.3用法舉例
SemaphoreHandle_t xSemaphore;
void vATask( void * pvParameters )
{
/* 創建信號量 */
xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
if( xSemaphore == NULL )
{
/* 因堆棧不足，信號量創建失敗，這里進行失敗處理*/
}
else
{
/* 信號量可以使用。信號量句柄存儲在變量xSemahore中。
如果在這里調用API函數xSemahoreTake()來獲取信號量，
則必然是失敗的，因為創建的信號量初始是無效（空）的。*/
}
}2.1函數描述
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting ( UBaseType_t uxMaxCount, UBaseType_t uxInitialCount )
創建計數信號量，計數信號量通常用于以下兩種情況：
事件計數：在這種應用場合，每當事件發生，事件處理程序會“產生”一個信號量（信號量計數值會遞增），每當處理任務處理事件，會取走一個信號量（信號量計數值會遞減）。因此，事件發生或者事件被處理后，計數值是會變化的。
資源管理：在這種應用場合下，計數值表示有效資源的數目。為了獲得資源，任務首先要獲得一個信號量---遞減信號量計數值。當計數值為0時，表示沒有可用的資源。當占有資源的任務完成，它會釋放這個資源，相應的信號量計數值會增一。計數值達到初始值（最大值）表示所有資源都可用。
2.2參數描述
uxMaxCount：最大計數值，當信號到達這個值后，就不再增長了。
uxInitialCount：創建信號量時的初始值。
2.3返回值
NULL表示信號量創建失敗，否則返回信號量句柄。
2.4用法舉例
void vATask( void * pvParameters )
{
xSemaphoreHandle xSemaphore;
// 必須先創建信號量，才能使用它
// 信號量可以計數的最大值為10,計數初始值為0.
xSemaphore = xSemaphoreCreateCounting( 10, 0 );
if( xSemaphore != NULL )
{
// 信號量創建成功
// 現在可以使用信號量了。
}
}3.1函數描述
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex( void )
創建互斥量。
可以使用API函數xSemaphoreTake()和xSemaphoreGive()訪問互斥量，但是絕不可以用xSemaphoreTakeRecursive()和xSemaphoreGiveRecursive()訪問。
二進制信號量和互斥量非常相似，但也有細微的區別：互斥量具有優先級繼承機制，二進制信號量沒有這個機制。這使得二進制信號量更適合用于同步（任務之間或者任務和中斷之間），互斥量更適合互鎖。
一旦獲得二進制信號量后不需要恢復，一個任務或中斷不斷的產生信號，而另一個任務不斷的取走這個信號，通過這樣的方式來實現同步。
低優先級任務擁有互斥量的時候，如果另一個高優先級任務也企圖獲取這個信號量，則低優先級任務的優先級會被臨時提高，提高到和高優先級任務相同的優先級。這意味著互斥量必須要釋放，否則高優先級任務將不能獲取這個互斥量，并且那個擁有互斥量的低優先級任務也永遠不會被剝奪，這就是操作系統中的優先級翻轉。
互斥量和二進制信號量都是SemaphoreHandle_t類型，并且可以用于任何具有這類參數的API函數中。
3.2返回值
NULL表示信號量創建失敗，否則返回信號量句柄。
3.3用法舉例
xSemaphoreHandle xSemaphore;
voidvATask( void * pvParameters )
{
// 互斥量在未創建之前是不可用的
xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();
if( xSemaphore != NULL )
{
// 創建成功
// 在這里可以使用這個互斥量了
}
}4.1函數描述
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateRecursiveMutex( void )
用于創建遞歸互斥量。被創建的互斥量可以被API函數xSemaphoreTakeRecursive()和xSemaphoreGiveRecursive()使用，但不可以被API函數xSemaphoreTake()和xSemaphoreGive()使用。
遞歸類型的互斥量可以被擁有者重復獲取。擁有互斥量的任務必須調用API函數xSemaphoreGiveRecursive()將擁有的遞歸互斥量全部釋放后，該信號量才真正被釋放。比如，一個任務成功獲取同一個互斥量5次，那么這個任務要將這個互斥量釋放5次之后，其它任務才能獲取到它。
遞歸互斥量具有優先級繼承機制，因此任務獲得一次信號后必須在使用完后做一個釋放操作。
互斥量類型信號不可以用在中斷服務例程中。
4.2返回值
NULL表示互斥量創建失敗，否則返回互斥量句柄。
4.3用法舉例
xSemaphoreHandle xMutex;
void vATask( void * pvParameters )
{
// 互斥量未創建前是不能被使用的
xMutex = xSemaphoreCreateRecursiveMutex();
if( xMutex != NULL )
{
// 創建成功
// 在這里創建互斥量
}
}5.1函數描述
void vSemaphoreDelete( SemaphoreHandle_t xSemaphore );
刪除信號量。如果有任務阻塞在這個信號量上，則這個信號量不要刪除。
5.2參數描述
xSemaphore：信號量句柄
6.1函數描述
xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait)
獲取信號量。信號量必須是通過API函數xSemaphoreCreateBinary()、xSemaphoreCreateCounting()和xSemaphoreCreateMutex()預先創建過的。注意，遞歸互斥量類型信號量不能使用該函數、不用在中斷服務程序中使用該函數。
6.2參數描述
xSemaphore：信號量句柄
xTickToWait：信號量無效時，任務最多等待的時間，單位是系統節拍周期個數。使用宏portTICK_PERIOD_MS可以輔助將系統節拍個數轉化為實際時間（以毫秒為單位）。如果設置為0，表示不是設置等待時間。如果INCLUDE_vTaskSuspend設置為1，并且參數xTickToWait為portMAX_DELAY則可以無限等待。
6.3返回值
成功獲取到信號量返回pdTRUE，否則返回pdFALSE。
6.4用法舉例
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;
/*這個任務創建信號量 */
void vATask( void * pvParameters )
{
/*創建互斥型信號量，用于保護共享資源。*/
xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();
}
/* 這個任務使用信號量 */
void vAnotherTask( void * pvParameters )
{
/* ... 做其它事情. */
if( xSemaphore != NULL )
{
/*如果信號量無效，則最多等待10個系統節拍周期。*/
if( xSemaphoreTake( xSemaphore, ( TickType_t ) 10 ) == pdTRUE )
{
/*到這里我們獲取到信號量，現在可以訪問共享資源了*/
/* ... */
/* 完成訪問共享資源后，必須釋放信號量*/
xSemaphoreGive( xSemaphore );
}
else
{
/* 沒有獲取到信號量，這里處理異常情況。*/
}
}
}7.1函數描述
xSemaphoreTakeFromISR(SemaphoreHandle_t xSemaphore,
signedBaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken)
API函數xSemaphoreTake()的另一版本，用于中斷服務程序。
7.2參數描述
xSemaphore：信號量句柄
pxHigherPriorityTaskWoken：如果*pxHigherPriorityTaskWoken為pdTRUE，則需要在中斷退出前手動進行一次上下文切換。從FreeRTOS V7.3.0開始，該參數為可選參數，并可以設置為NULL。
7.3返回值
信號量成功獲取返回pdTRUE，否則返回pdFALSE。
8.1函數描述
xSemaphoreTakeRecursive(SemaphoreHandle_t xMutex, TickType_t xTicksToWait );
獲取遞歸互斥信號量。互斥量必須是通過API函數xSemaphoreCreateRecursiveMutex()創建的類型。
文件FreeRTOSConfig.h中的宏configUSE_RECURSIVE_MUTEXES必須設置成1，此函數才有效。
已經獲取遞歸互斥量的任務可以重復獲取該遞歸互斥量。
使用xSemaphoreTakeRecursive() 函數成功獲取幾次遞歸互斥量，就要使用xSemaphoreGiveRecursive()函數返還幾次，在此之前遞歸互斥量都處于無效狀態。比如，某個任務成功獲取5次遞歸互斥量，那么在它沒有返還5次該遞歸互斥量之前，這個互斥量對別的任務無效。
8.2參數描述
xMutex：互斥量句柄，必須是使用API函數xSemaphoreCreateRecursiveMutex()返回的。
xTickToWait：互斥量無效時，任務最多等待的時間，單位是系統節拍周期個數。使用宏portTICK_PERIOD_MS可以輔助將系統節拍個數轉化為實際時間（以毫秒為單位）。如果設置為0，表示不是設置等待時間。如果任務已經擁有信號量則xSemaphoreTakeRecursive()立即返回，不管xTickToWait是什么值。
8.3返回值
成功獲取遞歸互斥量返回pdTURE，否則返回pdFALSE。
8.4用法舉例
SemaphoreHandle_t xMutex = NULL;
// 這個任務創建互斥量
void vATask( void *pvParameters )
{
// 這個互斥量用于保護共享資源
xMutex =xSemaphoreCreateRecursiveMutex();
}
//這個任務使用互斥量
void vAnotherTask( void *pvParameters )
{
// ... 做其它事情.
if( xMutex != NULL )
{
// 如果互斥量無效，則最多等待10系統時鐘節拍周期.
if(xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, ( TickType_t ) 10 ) == pdTRUE )
{
// 到這里我們成功獲取互斥量并可以訪問共享資源了
// ...
// 由于某種原因，某些代碼需要在一個任務中多次調用API函數
// xSemaphoreTakeRecursive()。當然不會像本例中這樣連續式
//調用，實際代碼會有更加復雜的結構
xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, ( TickType_t ) 10 );
xSemaphoreTakeRecursive( xMutex, ( TickType_t ) 10 );
// 我們獲取一個互斥量三次，所以我們要將這個互斥量釋放三次
//它才會變得有效。再一次說明，實際代碼可能會更加復雜。
xSemaphoreGiveRecursive( xMutex );
xSemaphoreGiveRecursive( xMutex );
xSemaphoreGiveRecursive( xMutex );
// 到這里，這個共享資源可以被其它任務使用了.
}
else
{
// 處理異常情況
}
}
}9.1函數描述
xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xSemaphore )
用于釋放一個信號量。信號量必須是API函數xSemaphoreCreateBinary()、xSemaphoreCreateCounting()或xSemaphoreCreateMutex() 創建的。必須使用API函數xSemaphoreTake()獲取這個信號量。
這個函數絕不可以在中斷服務例程中使用，可以使用帶中斷保護版本的API函數xSemaphoreGiveFromISR()來實現相同功能。
這個函數不能用于使用API函數xSemaphoreCreateRecursiveMutex()所創建的遞歸互斥量。
9.2參數描述
xSemaphore：信號量句柄。
9.3返回值
信號量釋放成功返回pdTRUE，否則返回pdFALSE。
9.4用法舉例
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;
voidvATask( void * pvParameters )
{
// 創建一個互斥量，用來保護共享資源
xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();
if( xSemaphore != NULL )
{
if( xSemaphoreGive( xSemaphore ) != pdTRUE )
{
//我們希望這個函數調用失敗，因為首先要獲取互斥量
}
// 獲取信號量，不等待
if( xSemaphoreTake( xSemaphore, ( TickType_t ) 0 ) )
{
// 現在我們擁有互斥量，可以安全的訪問共享資源
if( xSemaphoreGive( xSemaphore ) != pdTRUE )
{
//我們不希望這個函數調用失敗，因為我們必須
//要釋放已獲取的互斥量
}
}
}
}10.1函數描述
xSemaphoreGiveFromISR(SemaphoreHandle_t xSemaphore,
signed BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken )
釋放信號量。是API函數xSemaphoreGive()的另個版本，用于中斷服務程序。信號量必須是通過API函數xSemaphoreCreateBinary()或xSemaphoreCreateCounting()創建的。這里沒有互斥量，是因為互斥量不可以用在中斷服務程序中。
10.2參數描述
xSemaphore：信號量句柄
pxHigherPriorityTaskWoken：如果*pxHigherPriorityTaskWoken為pdTRUE，則需要在中斷退出前人為的經行一次上下文切換。從FreeRTOS V7.3.0開始，該參數為可選參數，并可以設置為NULL。
10.3返回值
成功釋放信號量返回pdTURE，否則返回errQUEUE_FULL。
10.4用法舉例
#define LONG_TIME 0xffff
#define TICKS_TO_WAIT 10
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;
/* Repetitive task. */
void vATask( void * pvParameters )
{
/* 我們使用信號量同步,所以先創建一個二進制信號量.必須確保
在創建這個二進制信號量之前，中斷不會訪問它。*/
xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
for( ;; )
{
/* 我們希望每產生10次定時器中斷，任務運行一次。*/
if( xSemaphoreTake( xSemaphore, LONG_TIME ) == pdTRUE )
{
/* 到這里成功獲取到信號量*/
...
/* 我們成功執行完一次，由于這是個死循環，所以任務仍會
阻塞在等待信號量上。信號量由ISR釋放。*/
}
}
}
/* 定時器 ISR */
void vTimerISR( void * pvParameters )
{
static unsigned char ucLocalTickCount = 0;
static signed BaseType_txHigherPriorityTaskWoken;
/*定時器中斷發生 */
...執行其它代碼
/*需要vATask() 運行嗎? */
xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
ucLocalTickCount++;
if( ucLocalTickCount >= TICKS_TO_WAIT )
{
/* 釋放信號量，解除vATask任務阻塞狀態 */
xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
/* 復位計數器 */
ucLocalTickCount = 0;
}
/* 如果 xHigherPriorityTaskWoken 表達式為真，需要執行一次上下文切換*/
portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );
}11.1函數描述
xSemaphoreGiveRecursive(SemaphoreHandle_t xMutex )
釋放一個遞歸互斥量。互斥量必須是使用 API函數xSemaphoreCreateRecursiveMutex()創建的。文件FreeRTOSConfig.h中宏configUSE_RECURSIVE_MUTEXES必須設置成1本函數才有效。
11.2參數描述
xMutex：互斥量句柄。必須是函數xSemaphoreCreateRecursiveMutex()返回的值。
11.3返回值
如果遞歸互斥量釋放成功，返回pdTRUE。
11.4用法舉例
見“8 獲取遞歸互斥量”。
12.1函數描述
TaskHandle_t xSemaphoreGetMutexHolder( SemaphoreHandle_t xMutex );
返回互斥量持有任務的句柄（如果有的話），互斥量由參數xMutex指定。
如果調用此函數的任務持有互斥量，那么可以可靠的返回任務句柄，但是如果是別的任務持有互斥量，則不總可靠。
文件FreeRTOSConfig.h中宏configUSE_MUTEXES必須設置成1本函數才有效。
12.2參數描述
xMutex：互斥量句柄
12.3返回值
返回互斥量持有任務的句柄。如果參數xMutex不是互斥類型信號量或者雖然互斥量有效但這個互斥量不被任何任務持有則返回NULL。
關于“FreeRTOS信號量API函數怎么用”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識，可以關注億速云行業資訊頻道，小編每天都會為大家更新不同的知識點。
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