【FreeRTOS】信号量实验-优先级反转

本文主要是介绍【FreeRTOS】信号量实验-优先级反转，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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0 前言

学习视频：
【FreeRTOS入门与工程实践 --由浅入深带你学习FreeRTOS（FreeRTOS教程 基于STM32，以实际项目为导向）】 【精准空降到 03:06】 https://www.bilibili.com/video/BV1Jw411i7Fz/?p=41&share_source=copy_web&vd_source=8af85e60c2df9af1f0fd23935753a933&t=186

参考《FreeRTOS入门与工程实践(基于DshanMCU-103).pdf》

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0 引言

在使用信号量的时候，不论是计数型信号量，还是二进制信号量，都可能会遇到优先级反转的问题。

• 优先级不反转：高优先级的任务先运行，低优先级的任务后运行。
• 低优先级任务先运行，高优先级的任务反而不能运行！

什么时候出现这种情况呢？

假设

1. 最低优先级的任务先Take，先获得了信号量
2. 中优先级的任务创建出来了，优先级比较高，会一直运行（任务2不去获得信号量）
3. 最高优先级的任务最后创建，也想获得信号量，但是失败；假设信号量是1，这里就获取不到信号量了

在这个场景里面，任务3的优先级比任务2的优先级要高，但是任务3被任务2阻塞了，这样就是优先级反转！

2 问题复现

我们现在复现这个问题，第二个任务优先级设置为中等，但是他不去获得信号量，会阻塞第一个任务。导致第一个任务没有办法运行，第一个任务没有办法释放信号量，第三个任务就没有机会运行了

本节源码：在"20_semaphore_binary"的基础上，改出：21_semaphore_priority_inversion，演示优先级反转。

现在没有创建第 21 个程序

依次提高一个优先级，在game2.c的最后面修改代码

    xTaskCreate(Car1Task, "car1", 128, &g_cars[0], osPriorityNormal+1, NULL);xTaskCreate(Car2Task, "car2", 128, &g_cars[1], osPriorityNormal+2, NULL);xTaskCreate(Car3Task, "car3", 128, &g_cars[2], osPriorityNormal+3, NULL);	

2.1 Car1Task

static void Car1Task(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);/* 先获取信号量 */xSemaphoreTake(g_xSemTicks, portMAX_DELAY); //不成功就永远等待while (1){/* 读取按键值:读队列 */// xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 */// if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x += 2;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(50);if (pcar->x == g_xres - CAR_LENGTH) //移动到最右边{/* 释放信号量 */xSemaphoreGive(g_xSemTicks);vTaskDelete(NULL);}}}}
}

2.2 Car2Task

• 复制第一个任务的函数
• 第二个任务不去获得信号量，但是要延迟一会~
• 运行到最右边也不释放信号量

static void Car2Task(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(1000);   //1S后运行//    /* 先获取信号量 */
//    xSemaphoreTake(g_xSemTicks, portMAX_DELAY); //不成功就永远等待while (1){/* 读取按键值:读队列 */// xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 */// if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x += 2;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);//                vTaskDelay(50);mdelay(50); //阻塞等待if (pcar->x == g_xres - CAR_LENGTH) //移动到最右边{/* 释放信号量 *///xSemaphoreGive(g_xSemTicks);vTaskDelete(NULL);}}}}
}

2.3 Car3Task

任务3的优先级最高，我们修改一下delay，让他最后启动

static void Car3Task(void *params)
{struct car *pcar = params;struct ir_data idata;/* 创建自己的队列 */QueueHandle_t xQueueIR = xQueueCreate(10, sizeof(struct ir_data));/* 注册队列 */RegisterQueueHandle(xQueueIR);/* 显示汽车 */ShowCar(pcar);vTaskDelay(2000);   // 2S后运行/* 先获取信号量 */xSemaphoreTake(g_xSemTicks, portMAX_DELAY); //不成功就永远等待while (1){/* 读取按键值:读队列 */// xQueueReceive(xQueueIR, &idata, portMAX_DELAY);/* 控制汽车往右移动 */// if (idata.val == pcar->control_key){if (pcar->x < g_xres - CAR_LENGTH){/* 隐藏汽车 */HideCar(pcar);/* 调整位置 */pcar->x += 2;if (pcar->x > g_xres - CAR_LENGTH){pcar->x = g_xres - CAR_LENGTH;}/* 重新显示汽车 */ShowCar(pcar);//                vTaskDelay(50);mdelay(50); //阻塞等待if (pcar->x == g_xres - CAR_LENGTH) //移动到最右边{/* 释放信号量 */xSemaphoreGive(g_xSemTicks);vTaskDelete(NULL);}}}}
}

写完这三个任务之后，烧录运行，现象是第一辆车先跑1秒，然后停住，第二辆车跑到终点，之后第一辆车在停止的位置继续前进，第一辆车行驶到终点之后，第三辆车才行驶，到终点停止。

韦老师举了一个日常生活的例子
假设学校机房里有且仅有一台超算，一名学生为了学习，早早来到实验室机房学习了，并且按下指纹进行身份验证，日上三竿，主任带着领导来参观了，主任说你这个太吵了，先停下，超算不许使用了，最后校长来了，校长也是个科研工作者，校长也想使用超算，但是超算已经被学生按下了指纹，抢占了使用权限，没办法校长只能等待，这里就被主任卡住了，校长就非常恼火，这样就是优先级反转的例子。

4. 互斥量_领导临时提拔你(解决优先级反转)

本节源码：在"21_semaphore_priority_inversion"的基础上，改出：22_mutex_priority_inversion

这篇关于【FreeRTOS】信号量实验-优先级反转的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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