FreeRTOS学习笔记＞互斥量

互斥量（Mutex）是一种同步机制，用于保护共享资源，以防止多个任务同时访问该资源而导致数据不一致的问题。在 FreeRTOS 中，互斥量是通过信号量（Semaphore）实现的，但它具有优先级继承机制，以防止优先级反转问题。

优先级继承机制

优先级继承机制是一种用于防止优先级反转问题的机制。在实时操作系统中，优先级反转问题会导致高优先级任务等待低优先级任务释放资源，从而导致系统性能下降甚至死锁。

什么是优先级反转？

优先级反转发生在以下情况下：

1. 高优先级任务（Task A）需要访问某个共享资源。
2. 低优先级任务（Task B）已经持有该共享资源。
3. 中优先级任务（Task C）阻塞了低优先级任务（Task B）。

在这种情况下，高优先级任务（Task A）必须等待低优先级任务（Task B）释放资源，但由于中优先级任务（Task C）的存在，低优先级任务（Task B）无法运行并释放资源，导致优先级反转。

优先级继承机制如何工作？

优先级继承机制通过临时提升低优先级任务的优先级来解决优先级反转问题。具体步骤如下：

1. 当高优先级任务（Task A）尝试获取资源但发现资源被低优先级任务（Task B）持有时，操作系统会自动将低优先级任务（Task B）的优先级提升到与高优先级任务（Task A）相同的级别。
2. 低优先级任务（Task B）继续执行并释放资源后，其优先级会恢复到原来的水平。
3. 高优先级任务（Task A）然后可以获取资源并继续执行。

通过优先级继承机制，高优先级任务不会因为低优先级任务持有资源而长期等待，从而避免了优先级反转问题，提升了系统的响应速度和稳定性。

使用互斥量的步骤：

1. 创建互斥量：

   SemaphoreHandle_t xMutex = NULL;//互斥量创建函数
   xMutex = xSemaphoreCreateMutex();
   if (xMutex == NULL) {// 创建失败，处理错误
   }//创建一个递归互斥量
   xMutex = xSemaphoreCreateRecursiveMutex();
   if(xMutex == NULL) {// 创建失败，处理错误
   }
   

2. 获取互斥量： 在访问共享资源之前，任务需要获取互斥量。

   if (xSemaphoreTake(xMutex, (TickType_t)10) == pdTRUE) {// 成功获取互斥量，可以安全访问共享资源
   } else {// 获取失败，处理错误
   }//递归互斥量获取
   if (xSemaphoreTakeRecursive(xMutex, (TickType_t)10) == pdTRUE) {// 成功获取互斥量，可以安全访问共享资源
   } else {// 获取失败，处理错误
   }
   

3. 释放互斥量： 任务在访问完共享资源后，需要释放互斥量。

   xSemaphoreGive(xMutex);//释放递归互斥量
   xSemaphoreGiveRecursive(xMutex);
   

4. 删除互斥量：

   vSemaphoreDelete(xMutex);
   

示例代码：

void Task1(void *pvParameters) {for (;;) {if (xSemaphoreTake(xMutex, (TickType_t)10) == pdTRUE) {// 访问共享资源// ...xSemaphoreGive(xMutex);}}
}void Task2(void *pvParameters) {for (;;) {if (xSemaphoreTake(xMutex, (TickType_t)10) == pdTRUE) {// 访问共享资源// ...xSemaphoreGive(xMutex);}}
}

在上述示例中，Task1 和 Task2 都尝试获取互斥量以访问共享资源。只有在成功获取互斥量后，任务才可以安全地访问资源。访问完共享资源后，任务必须释放互斥量，以便其他任务也可以访问该资源。

使用互斥量可以有效地防止资源争用问题，确保系统的稳定性和数据的一致性。

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