Semaphore信号量概念及其介绍

信号量即Semaphore。信号量主要用于控制和保护任务对特定资源的访问。FreeRTOS的信号量分为二值信号量、计数型信号量和互斥信号量。其中互斥信号量即Mutex在CMSIS API中被独立；本文主要讲解二值信号量和计数型信号量。

在FreeRTOS中，二值信号量和计数信号量在创建方式和功能上没有差异，两者区别仅为二值信号量token数为1；而计数信号量token>1。

• 信号量工作原理
  

图示为CMSIS-RTOS的信号量抽象原理图。系统创建信号量，一并指定信号量内token(object)数量。线程(任务)可进行拿取/放入token的操作。

①放入token：线程可以向信号量中放入token。调用一次相应函数即放入一个。若当前信号量已满则报错。

②拿取token:   线程向信号量中拿取token。和消息队列一样，取操作可以设置阻塞超时时间。当消息量中无token时，线程进入**BLOCK**状态等待消息量被放入token。**在此期间当任务检测到消息量放入token时，将自动由****BLOCK**态转移为**READY**态。当等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中尚无数据，任务也会自动从阻塞态转移为**READY**态。此时程序会返回**osErrorTimeout**错误。若没有设置**阻塞超时**且参数正确，返回**osErrorResource**错误**。**

• Semaphore APIs

①创建信号量

可以通过函数 **osSemaphoreNew() **创建信号量。在创建时，可以选择信号量可容纳token的数量、初始token数; 并且可以传入配置结构体。当创建失败时返回NULL。

当max_count为1时，将创建二值信号量。

osSemaphoreId_t osSemaphoreNew (uint32_t max_count, uint32_t initial_count, const osSemaphoreAttr_t *attr);/*
@param:   max_count        -信号量可容纳token的数量
          initial_count    -信号量初始时刻含有的token数量；initial_count<=max_count
          *attr            -配置结构体
@retval    -信号量ID(句柄)；若创建失败返回NULL
*/

②获取信号量中token 【可在中断中使用】

※当在中断中使用该函数时，阻塞延时时间timeout应设置为0U，否则报Parameter错误。

线程调用该函数时，当消息量中无token时，线程进入BLOCK状态等待消息量被放入token。在此期间当任务检测到消息量放入token时，将自动由****BLOCK态转移为READY态。当等待的时间超过了指定的阻塞时间，即使队列中尚无数据，任务也会自动从阻塞态转移为READY态。此时程序会返回osErrorTimeout错误。若没有设置阻塞超时且参数正确，返回osErrorResource错误**。**

osStatus_t osSemaphoreAcquire (osSemaphoreId_t semaphore_id, uint32_t timeout);/*  获取一个token
@param:     semaphore_id    -传入信号量ID(句柄)
            timeout         -阻塞延时时间
@retval:
         osOK: 操作成功
         osErrorTimeout: the token could not be obtained in the given time.
         osErrorResource: the token could not be obtained when no timeout was specified.
         osErrorParameter: the parameter semaphore_id is NULL or invalid.*/

timeout参数：

==  0U     //不设置阻塞超时时间
 ==  osWaitForever  //任务将一直阻塞直到空队列被写入/满队列被取出数据
 ==  Ticks   //设置具体等待时间，单位为RTOS心跳数(Ticks)

③ 向信号量放入一个token 【可在中断中使用】

当信号量溢出时，函数返回**osErrorResource **。

osStatus_t osSemaphoreRelease (osSemaphoreId_t semaphore_id);/*放入一个token
@param:     semaphore_id    -传入信号量ID(句柄)
@retval:
    osOK: the token has been released and the count incremented.
    osErrorResource: the token could not be released (maximum token count has been reached).
    osErrorParameter: the parameter semaphore_id is NULL or invalid.
*/

④获取状态

uint32_t osSemaphoreGetCount (osSemaphoreId_t semaphore_id);/*获取信号量中token数
*/

⑤清理(删除)信号量

osStatus_t osSemaphoreDelete (osSemaphoreId_t semaphore_id);/*
@retval:  
    osOK: the semaphore object has been deleted.
    osErrorParameter: the parameter semaphore_id is NULL or invalid.
    osErrorResource: the semaphore is in an invalid state.
    osErrorISR: osSemaphoreDelete cannot be called from interrupt service routines.
*/