freertos 互斥量的实现原理
[FreeRTOS 互斥量的实现原理]
FreeRTOS 是一个开源的实时操作系统 (RTOS)，被广泛地应用于嵌入式系统中。它提供了许多特性来帮助开发人员有效地管理资源和实现并发性。其中之一的重要特性就是互斥量 (Mutex)。
互斥量是一种同步机制，用于在线程之间共享资源。它能够确保在任何给定时刻，只有一个线程可以访问共享资源，从而防止数据竞争和资源冲突。在本文中，我们将深入探讨 FreeRTOS 互斥量的实现原理，了解它是如何工作的。
1. 什么是互斥量？
c语言listinsert函数在深入了解 FreeRTOS 互斥量的实现原理之前，让我们先回顾一下互斥量的工作原理。
互斥量是一个二进制信号量，用于保护共享资源的访问。它有两个状态：锁定态和解锁态。线程可以通过获取互斥量来进入锁定态，以访问共享资源。如果互斥量已被另一个线程占用，则请求线程将进入阻塞态，直到互斥量被解锁为止。
互斥量是一种常见的解决并发访问共享资源问题的方法，消除了数据竞争和资源冲突。
2. FreeRTOS 互斥量的基本结构
现在我们将开始讨论 FreeRTOS 互斥量的基本结构。互斥量在 FreeRTOS 中被定义为 `struct xSTATIC_MUTEX`。
c
typedef struct StaticMutex_t
{
uint8_t ucDummy1;
List_t xTasksWaitingToMutex;
List_t xMutexHolder;
uint32_t ulDummy2[2];
TickType_t uxDummy3;
} xSTATIC_MUTEX;
互斥量结构中包含几个重要的成员。以下是它们的作用：
- `ucDummy1`：一个无用的字节，用于结构对齐。
- `xTasksWaitingToMutex`：一个等待互斥量的任务列表。
- `xMutexHolder`：当前占用互斥量的任务列表。
- `ulDummy2`：两个无用的双字，用于结构对齐。
- `uxDummy3`：一个无用的计数器，用于结构对齐。
这些成员将在接下来的部分中起到关键作用。
3. FreeRTOS 互斥量的初始化
在使用互斥量之前，需要进行初始化。FreeRTOS 提供了用于初始化互斥量的函数 `xSemaphoreCreateMutex()`。
该函数将创建一个可用的互斥量对象，并将其初始化为解锁态。它返回一个 `SemaphoreHandle_t` 类型的指针，该指针指向已创建的互斥量对象。
下面是 `xSemaphoreCreateMutex()` 函数的实现原理：
c
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateMutex(void)
{
SemaphoreHandle_t xMutex = pvPortMalloc(sizeof(xSTATIC_MUTEX)); 分配内存用于互斥量结构
if (xMutex != NULL)
{
初始化互斥量结构
xMutex->ucDummy1 = 0;
vListInitialise(&(xMutex->xTasksWaitingToMutex));
vListInitialise(&(xMutex->xMutexHolder));
xMutex->ulDummy2[0] = 0;
xMutex->ulDummy2[1] = 0;
xMutex->uxDummy3 = 0;
}
return xMutex;
}
在初始化过程中，分配了 `xSTATIC_MUTEX` 大小的内存块，并使用 `vListInitialise()` 函数初始化了等待互斥量的任务列表和互斥量占用者的列表。
4. 互斥量的获取和释放
使用初始化后的互斥量来实现资源的获取和释放。获取互斥量使用的函数是 `xSemaphoreTake()`，而释放互斥量使用的函数是 `xSemaphoreGive()`。
# 4.1. 互斥量的获取
要获取互斥量，线程执行 `xSemaphoreTake()` 函数。该函数具有以下原型：
c
BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait);
- `xSemaphore`：要获取的互斥量。
-
`xTicksToWait`：等待互斥量的超时时间。如果设置为 0，则任务将立即返回结果。如果设置为 `portMAX_DELAY`，则任务将无限期等待。
下面是 `xSemaphoreTake()` 函数的实现原理：
c
BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait)
{
if (xSemaphore->ucDummy1 > 0)
{
互斥量已被占用，将任务添加到等待列表中
ulTaskNotifyTake(pdFALSE, xTicksToWait); 使用任务通知信号量来阻塞任务
vListInsertEnd(&(xSemaphore->xTasksWaitingToMutex), &(pxCurrentTCB->xEventListItem));
taskYIELD(); 切换到下一个可运行任务
}
else
{
互斥量未被占用，将任务添加到占用列表中
vListInsertEnd(&(xSemaphore->xMutexHolder), &(pxCurrentTCB->xEventListItem));
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