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前言

本系列基于stm32系列单片机来使用freerots

任务管理是实时操作系统（RTOS）的核心功能之一，它允许开发者以并发的方式组织和管理多个任务。FreeRTOS 是一个流行的开源RTOS，它提供了强大的任务管理功能，让开发者能够轻松创建和控制任务。本文将介绍 FreeRTOS 的任务管理功能，包括任务的创建、删除、挂起、恢复和优先级控制等方面的内容。

一、同步互斥与通信是什么？

1.基础概念

在 FreeRTOS 中，同步、互斥和通信是用来处理多个任务之间协作的概念。

同步:

同步是指任务之间按照某种规则进行协调和按序执行的过程。
想象一下，你在路口等红绿灯时，车辆按照交通信号灯的规则进行停止和行驶。这种等待和执行的行为就是同步。
在 FreeRTOS 中，同步用于在多个任务之间控制其执行的顺序和时间。

互斥:

互斥是指在多任务环境中，运行特定代码段时确保数据的一致性和完整性，避免多个任务同时访问和修改共享资源导致错误的发生。
想象一下，当多个人共用一台复印机时，只有一个人可以占用复印机，其他人必须等待。这个过程中，复印机的访问通过互斥来控制，避免冲突和混乱。
在 FreeRTOS 中，互斥用于保护共享资源（如全局变量、队列等），确保任务访问这些资源时的原子性，避免数据错误。

通信:

通信是指任务之间交换信息和共享数据的过程，让彼此知道发生了什么，传递必要的信息和状态。
想象一下，你给朋友发短信告诉他你的最新计划，这是一种通信的方式，让你们彼此了解对方的行动和意图。
在 FreeRTOS 中，通信用于任务之间传递数据、事件和消息。可以使用消息队列、信号量、事件标志等机制来实现任务之间的通信。
总结来说，在 FreeRTOS 中:

同步用于控制任务的执行顺序和时间。
互斥用于保护共享资源，避免多个任务同时访问导致的错误。
通信用于任务之间传递数据和消息，实现信息的交换和共享。
这些概念在多任务系统中非常重要，帮助实现协作和共享资源的有效管理和利用。

2.freertos通信可用的手段

在freertos中用于任务通信有下面这些手段，在后面我们会一一讲解任务通知(task notification)、队列(queue)、事件组(event group)、信号量(semaphoe)、互斥量(mutex)等

二、同步与互斥的概念

当我们在设计多任务程序时，经常会遇到需要任务之间相互合作和协调的情况。在 FreeRTOS 中，同步和互斥是用来处理这种情况的概念。

同步：

同步就像我们在交通路口等待红绿灯一样。每个车辆必须按照交通规则依次通过，不能同时一起闯红灯，否则会发生混乱和事故。
在 FreeRTOS 中，同步用于控制任务的执行顺序和时间。例如，一个任务必须等待另一个任务完成某个操作后才能继续执行，或者多个任务必须按照特定的顺序执行。

互斥：

互斥就像我们共享一台复印机的情况。只有一个人能够使用复印机，其他人必须等待，以避免多人同时操作复印机导致混乱和错误。
在 FreeRTOS 中，互斥用于保护共享资源，例如全局变量或设备。只有一个任务能够访问这些资源，其他任务必须等待或互斥地使用资源，以确保数据的正确性和一致性。
通过同步和互斥的机制，我们能够有效地协调任务之间的操作和访问共享资源的时序关系。这样可以避免任务之间的冲突和混乱，确保程序的正确性和稳定性。

在 FreeRTOS 中，实现同步和互斥的机制包括信号量、互斥量和事件标志等。这些机制可以让任务之间进行合理的协作和互斥，确保任务按照预期的顺序执行并正确地访问共享资源。

总结来说，同步用于控制任务执行顺序和时间，互斥用于保护共享资源，避免冲突和混乱。它们是多任务编程中必不可少的概念，帮助管理任务间的协调和保护共享资源的访问。

三、各类通信的区别与适用场景

freertos的通信主要有下面这几种：任务通知(task notification)、队列(queue)、事件组(event group)、信号量(semaphoe)、互斥量(mutex)

当多个任务之间需要进行通信和同步时，FreeRTOS 提供了不同的机制来实现这些功能。以下是任务通知、队列、事件组、信号量和互斥量之间的区别：

1.任务通知（Task Notification）：

2.任务通知是一种轻量级的通信机制，用于任务之间的同步和事件触发。
3.任务之间可以通过给对方发送任务通知来实现同步和通信，通知可以携带一些信息或信号，例如触发某个任务执行特定操作。
4.任务通知适用于任务之间的简单同步和事件触发，但不适用于传递大量数据。

5.队列（Queue）：

6.队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，用于在任务之间传递数据。
7.一个任务可以向队列发送数据，而另一个任务可以从队列中接收数据。这样可以实现任务之间的异步通信和数据传递。
8.队列适用于任务之间需要传递和共享数据的场景，可以存储多个数据项，并按照发送顺序进行处理。

9.事件组（Event Group）：

10.事件组是一种管理和同步任务之间事件状态的机制。
11.每个任务可以设置或清除事件组的特定位，其他任务可以等待特定的位或多个位被设置或清除来进行同步操作。
12.事件组适用于需要任务之间精确的同步和事件触发，可以在不同任务之间传递事件状态。

13.信号量（Semaphore）：

14.信号量是一种计数器，用于限制对共享资源的访问。
15.任务可以获取或释放信号量，当信号量计数器为零时，任务将被阻塞，直到信号量可用。
16.信号量适用于限制对共享资源的并发访问，可以控制任务之间的竞争条件。

17.互斥量（Mutex）：

18.互斥量是一种特殊的信号量，用于实现对共享资源的互斥访问。
19.只有一个任务可以获取互斥量，并且其他任务必须等待互斥量释放后才能访问共享资源。
20.互斥量适用于保护共享资源，确保在任何时刻只有一个任务能够访问它。

总结来说，他们有这些适用场景：

21.任务通知用于任务间的简单同步和事件触发；
22.队列适用于任务间的数据传递和共享；
23.事件组用于任务间的精确同步和事件触发；
24.信号量用于限制共享资源的并发访问；
25.互斥量用于保护共享资源的互斥访问。

根据具体的应用场景和需求，选择适合的通信机制可以实现任务之间的有效协作和资源管理。

总结

在FreeRTOS中，同步互斥与通信是实现任务之间有效协作的重要概念。本文对FreeRTOS中的同步互斥与通信机制进行了总结，以帮助读者理解它们的作用和特点。

首先，介绍了任务通知作为一种轻量级通信机制。任务通知可以用于任务之间的同步和事件触发。这种机制适用于简单的同步需求，可以通过发送通知来实现任务之间的同步和通信。

其次，讨论了队列作为一种常用的通信机制。使用队列，任务可以通过发送和接收数据来实现异步通信和数据传递。队列适用于需要在任务之间共享和传递数据的场景，可按照先进先出的原则处理数据项。

然后，探讨了事件组作为管理和同步任务之间事件状态的机制。任务可以设置和清除事件组的特定位，其他任务可以等待特定位或多个位的状态来进行同步操作。事件组适用于需要精确同步和事件触发的情况，可在任务之间传递事件状态。

接着，介绍了信号量作为限制对共享资源访问的计数器。任务可以获取或释放信号量，当信号量计数器为零时，任务将被阻塞。信号量适用于控制任务之间对共享资源的并发访问，以避免竞争条件的发生。

最后，讨论了互斥量作为特殊的信号量，用于实现对共享资源的互斥访问。只有一个任务可以获取互斥量，其他任务必须等待互斥量释放后才能访问共享资源。互斥量适用于保护共享资源，确保只有一个任务能够访问它。

通过对这些同步互斥与通信机制的了解，开发人员可以根据具体需求选择合适的机制来实现任务之间的协作与资源管理。使用适当的机制可以提高系统的可靠性和效率。

总结来说，任务通知、队列、事件组、信号量和互斥量是FreeRTOS中常用的同步互斥与通信机制。通过灵活运用这些机制，开发人员可以实现任务之间的有效通信与协作，满足不同的应用需求。