在 FreeRTOS 中使用 Mutex 实现两个任务同步

Question

我正在尝试在 IAR 中的 STM32 F401RE MCU 上使用 FreeRTOS 打开和关闭 LED Workbench IDE.

led属于STM32核板。有两个任务，一个打开 Led，另一个任务关闭同一个 LED。

代码如下：

主要代码：

SemaphoreHandle_t xMutex;
int main()
{  

  if ( xMutex == NULL )  
  {
      xMutex = xSemaphoreCreateMutex();  

      if ( ( xMutex ) != NULL )
        xSemaphoreGive( ( xMutex ) ); 

   }

   xTaskCreate(LedOn, "Led On", 100, NULL,  1, NULL);
   xTaskCreate(LedOff, "Led Off", 100, NULL, 1, NULL);
   vTaskStartScheduler();
   while(1){}

}

任务：

void LedOn(void *argument)
{
   for(;;)
   {  
      xSemaphoreTake( xMutex, ( TickType_t )5000 ) ;     
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);
      vTaskDelay(5000); 
      xSemaphoreGive(xMutex);
    }
}

void LedOff(void *argument)
{
   for(;;)
   {  
      xSemaphoreTake( xMutex, ( TickType_t )5000 ) ;     
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);
      vTaskDelay(5000); 
      xSemaphoreGive(xMutex);
    }
}

我这里的意图是：

Led on任务负责开启Led 5s

led off task负责关闭Led 5s

所以这将一直持续到断电

我的问题是：

在初始情况下，LED 保持 5s 亮起，然后 LED 保持 5s 关闭它仅适用于两次上下文切换，两次切换后 LED 保持亮起。

当我在两次切换后调试时，断点没有命中任务

经过一番尝试，我想我找到了答案：

每个任务都应该有它的延迟时间，所以我们需要添加一个延迟时间以便任务继续其操作，但我想我是在 xTakeSemaphore 和 xGiveSemaphore 方法之间添加了延迟时间, 是互斥锁延迟时间，说明资源应该如何被锁定而不是任务延迟时间。

解决方案是：

void LedOn(void *argument)
{
   for(;;)
   {  
       if(xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY)== pdTRUE)
       {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET); 
          vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));
          xSemaphoreGive(xMutex);
          vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));
       }    
    }
}

void LedOff(void *argument)
{
   for(;;)
   {
       if( xSemaphoreTake( xMutex, portMAX_DELAY)== pdTRUE)
       {
          HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET); 
          vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));
          xSemaphoreGive(xMutex);  
          vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));
       }  
   }

}

Answer 1

考虑 "task A" 是 LedOn，"task B" 是 LedOff。或者，相反，因为这对问题无关紧要。

假设任务 B 已获取互斥量。

你的问题是任务 A 的 xSemaphoreTake [可能] 超时，没有获取互斥量。

您应该检查 return 代码。

原因是它的超时值为 5000 ticks。但是，任务 B 做了一个 vTaskDelay(5000)。而且，在执行此操作时，它具有互斥锁 locked

因此，任务 A 的 xSemaphoreTake 很可能会在任务 B 释放互斥量之前 超时。

然后，翻转 LED 值，并进行延迟。但是，然后你正在对任务 A 未锁定的互斥锁执行 xSemaphoreGive。

换句话说，你有一个竞争条件。

要么在调用中设置一个无限超时，要么至少设置一个比你给延迟函数的值更大的值。

尝试取值（例如）10000

Answer 2

优先级调度 RTOS 的通常前提是准备好运行的最高优先级 task/thread 抢占运行较低优先级的优先级。

LedOff 和 LedOn 任务都是使用 相同的优先级 创建的，因此当信号量是发出信号。

当它绕过循环并尝试再次获取信号量时，可能会发生上下文切换。现在有两个任务在争夺它。

谁获胜本质上是 FreeRTOS 的一个实现细节——特别是信号量上的信号量获取操作是否以严格的 FIFO 顺序发生——ISTR，VxWorks（FreeRTOS 似乎在很大程度上模仿了它）可以选择这样做。

POSIX-threads（FreeRTOS 也支持）的另一种方法是唤醒等待的线程，并且首先安排要使用的信号量 - 这肯定会已经运行ning 了。

作为更一般的观点，您将具有两个状态的有限状态机过于复杂化了。实现它的高度可靠的方法是：

void LedFlasher(void *argument)
{
   for(;;)
   {      
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_SET);
      vTaskDelay(5000); 
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_5,GPIO_PIN_RESET);
      vTaskDelay(5000); 
   }
}

Answer 3

永远等待互斥锁

xSemaphoreTake( xMutex, portMAX_DELAY);

在两个任务中。

Answer 4

有点晚了.. ;) 但我认为您的程序中存在错误。互斥体的初始释放（主程序中的 xSemaphoreGive）破坏了它。已创建一个互斥锁，准备好使用，即处于释放状态。

在 FreeRTOS 中使用 Mutex 实现两个任务同步

Two Task Synchronisation With Mutex In FreeRTOS

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mutex

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freertos