一直以来，对FreeRTOS的使用与教程看了好多个系列教程，操作了很多原始代码，都没有很好的理解与掌握。今天终于全面理解了这几个东西的作用与使用方法了，并将它们进行了极简单化的改造并跑了起来。
一、它们之间的关系：
在FreeRTOS中队列（Queue)、信号量（Semaphore)、任务（Task)是核心组件，但他们设计目标、功能、任务、使用场景截然不同，不能随意互换。在 FreeRTOS 中，队列（Queue）、信号量（Semaphore）和任务（Task）是核心组件，但它们的设计目标、功能和使用场景截然不同，不能随意相互替换。以下是具体分析：
- 1. 核心区别
- （1）任务（Task）
- • 本质：是操作系统调度的基本单位，是一段独立运行的代码（函数），拥有自己的栈空间和运行状态（就绪、运行、阻塞等）。
- • 作用：负责实现具体的业务逻辑（如数据处理、设备控制等），是系统功能的实际执行者。
- • 特点：由 FreeRTOS 调度器管理，可根据优先级抢占 CPU 资源；任务之间相对独立，通过内核对象（队列、信号量等）通信。
- （2）队列（Queue）
- • 本质：是一种数据缓冲区，用于在任务之间（或任务与中断之间）传递数据（如数值、结构体、指针等）。
- • 作用：实现任务间的数据交换，支持异步通信（发送方无需等待接收方立即处理）。
- • 特点：
- ◦ 采用 FIFO（先进先出）机制，也可配置为 LIFO（后进先出）；
- ◦ 数据通过“拷贝”方式传递（避免指针引用的安全性问题）；
- ◦ 可设置阻塞时间（发送/接收数据时，若队列满/空，任务可阻塞等待）。
- （3）信号量（Semaphore）
- • 本质：是一种同步/互斥机制，本质是一个“计数器”或“标志位”，不传递具体数据，仅用于传递“事件发生”的信号。
- • 作用：
- ◦ 同步：协调多个任务的执行顺序（如任务 A 完成后通知任务 B 开始）；
- ◦ 互斥：保护共享资源（如同一时间只允许一个任务访问硬件设备）；
- ◦ 计数：限制同时访问某资源的任务数量（如有限的缓冲区资源）。
- • 分类：
- ◦ 二值信号量（0 或 1，用于互斥或简单同步）；
- ◦ 计数信号量（计数器，用于资源计数）；
- ◦ 递归信号量（允许同一任务多次获取，避免死锁）。
二、在 FreeRTOS（以及大多数实时操作系统 RTOS）中，任务（Task）必须包含一个无限循环（while(1)或类似结构），否则任务会 立即执行完并退出，导致 任务被 FreeRTOS 自动删除，甚至可能引发 系统不稳定或崩溃。
以下是最简单的示例代码了：注：必须有 vTaskDelete(NULL);
#include <Arduino.h> // 必须！用于 Serial 和 setup()/loop()#include <FreeRTOS.h> // 必须！用于 FreeRTOS 函数
#include <task.h> // 必须！用于任务相关定义
#include <stdio.h> // 可选！用于 printf（但 Arduino 的 Serial 更常用）
void setup() {
Serial.begin(115200);
xTaskCreate(
blink1, "Blink 1", 8192, NULL, 1, NULL);
xTaskCreate(
blink2, "Blink 2", 8192, NULL, 1, NULL);
}
void blink1(void *parameter) {
printf("this is task_1\n");
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // FreeRTOS 延迟 500ms
vTaskDelete(NULL);
}
void blink2(void *parameter) {
printf("this is task_2\n");
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000)); // FreeRTOS 延迟 500ms
vTaskDelete(NULL);
}
void loop() {
}
三、FreeRTOS信号量（Semaphoretake) 与互斥
如果任务访问相同的资源，例如外部传感器，EEPROM，ADC，串行通信等，则它们可能会互相干扰。如果可能发生这种情况，那么必须将任务同步（在协调的意义上，而不是同时）
以下是最简单的形式的信号量互斥上锁，实现两个printf同时输出结果：意义是在保证blink1、blink2任务在输出printf(“this is task_1_%d\n”, i)、printf(“this is task_2_%d\n”, i)时，将处理器上锁实现互斥（其真正意义在于：现实当中读取传感器时，不受其它任务影响）
#include <Arduino.h> // 必须！用于 Serial 和 setup()/loop()
#include <FreeRTOS.h> // 必须！用于 FreeRTOS 函数
#include <freertos/task.h> // 必须！用于任务相关定义（如 xTaskCreate）
#include <freertos/semphr.h> // 必须！用于信号量（SemaphoreHandle_t, xSemaphoreCreateBinary）
SemaphoreHandle_t sem; // Create semaphore handle
void setup() {
Serial.begin(115200);
sem = xSemaphoreCreateBinary(); // Create binary semaphore
xSemaphoreGive(sem);
xTaskCreate(
blink1, "Blink 1", 2048, NULL, 1, NULL);
xTaskCreate(
blink2, "Blink 2", 2048, NULL, 1, NULL);
}
void blink1(void *parameter) {
while (1) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
xSemaphoreTake(sem, portMAX_DELAY);
printf("this is task_1_%d\n", i);
xSemaphoreGive(sem);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // FreeRTOS 延迟 500ms
}
}
vTaskDelete(NULL);
}
void blink2(void *parameter) {
while (1) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
xSemaphoreTake(sem, portMAX_DELAY);
printf("this is task_2_%d\n", i);
xSemaphoreGive(sem);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // FreeRTOS 延迟 500ms
}
}
vTaskDelete(NULL);
}
void loop() {
}