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前言

前几篇文章一直在围绕FreeRTOS中的任务创建，删除，优先级，调度算法进行讲解，那么从本篇文章开始将围绕同步与互斥来展开讲解。

一、同步与互斥概念

当多个任务或线程共享资源并发执行时，同步和互斥是两个关键的概念。

1.同步（Synchronization） 是指协调多个任务或线程的执行顺序和相互之间的行为，以确保它们按照一定的顺序、时机和约束进行执行。同步的目的是保证任务或线程之间的有序交互，使它们能够按照预期的顺序完成各自的操作或实现特定的约束条件。常见的同步场景包括等待其他任务完成、等待某个条件满足、协调任务之间的依赖关系等。

2.互斥（Mutual Exclusion） 是指限制共享资源在任何时刻只能被一个任务或线程访问的机制。当多个任务或线程需要访问共享资源时，互斥机制用于确保只有一个任务或线程可以进入临界区（即代码区段），并对共享资源进行操作。互斥的目的是避免竞争条件，保证共享资源的访问互不干扰，从而避免数据不一致性和冲突。

二、在FreeRTOS中如何实现同步和互斥

同步：

任务通信机制： FreeRTOS 提供了多种任务通信机制，如队列（Queue）、信号量（Semaphore）、事件组（Event Group）等，用于在任务之间进行同步和通信。这些通信机制可以实现任务的等待和唤醒，以及数据传递和共享。

队列（Queue）： 任务可以通过队列在彼此之间发送消息或数据。任务可以阻塞等待队列中的消息，并在消息到达时被唤醒。

信号量（Semaphore）： 信号量可以用于任务之间的同步，用于控制对共享资源的访问。任务在访问共享资源之前需要获取信号量，获取成功时可以访问资源，否则会阻塞等待信号量的释放。

事件标志组（Event Group）： 事件标志组是一种用于任务同步的机制，它允许任务等待一组事件的发生。任务可以等待某个或某些事件发生，并在事件满足时被唤醒继续执行。

互斥：

在 FreeRTOS 中，互斥可以通过使用互斥锁（Mutex）来实现。互斥锁用于保护共享资源的访问，一次只允许一个任务获取互斥锁并访问共享资源，其他任务需要等待互斥锁的释放。

使用互斥锁的步骤如下：

创建互斥锁对象（xSemaphoreCreateMutex()）。

获取互斥锁（xSemaphoreTake()）：任务在访问共享资源前调用该函数来获取互斥锁。

访问共享资源：获取互斥锁后，任务可以访问共享资源。

释放互斥锁（xSemaphoreGive()）：任务在访问共享资源完成后，释放互斥锁，使其他任务能够获取互斥锁并访问共享资源。

通过互斥锁的使用，可以确保一次只有一个任务能够访问共享资源，避免竞争条件和数据不一致性的问题。

综上所述，FreeRTOS 中的同步可以通过任务通信机制（如队列和信号量）和事件标志组来实现，用于任务之间的等待、唤醒和共享数据。而互斥可以通过使用互斥锁来保护共享资源的访问，确保一次只有一个任务能够修改共享资源。这些机制能够有效地处理并发执行和资源共享的问题。

三、同步和互斥各类方法对比

1.二进制信号量（Binary Semaphore）：

特点：Binary Semaphore是一种轻量级的同步机制，只有两种状态，通常用于实现互斥或任务之间的通信。
优点：简单且高效，适用于简单的同步需求。
缺点：只能表示两种状态（信号量可用或不可用），不能用于计数或更复杂的同步需求。

2.计数信号量（Counting Semaphore）：

特点：Counting Semaphore是一种可用于表示多个状态的信号量，通常用于资源管理和多生产者-多消费者问题。
优点：支持多个状态，适用于更复杂的同步和资源管理需求。
缺点：相对于二进制信号量来说，稍微复杂一些。

3.互斥信号量（Mutex Semaphore）：

特点：Mutex Semaphore是一种特殊的二进制信号量，用于实现互斥，确保只有一个任务可以访问共享资源。
优点：提供了互斥访问的机制，可以防止竞态条件。
缺点：仅适用于互斥访问，不支持其他同步需求。

4.消息队列（Message Queue）：

特点：消息队列允许任务之间通过发送和接收消息进行同步和通信。
优点：支持灵活的任务通信和同步，可以传递复杂的数据。
缺点：相对于信号量来说，实现起来可能稍微复杂一些。

5.事件组（Event Groups）：

特点：事件组是一种用于任务之间事件同步的机制，允许任务等待和设置特定的事件标志。
优点：支持任务等待多个事件，提供了更灵活的同步选项。
缺点：相对于信号量来说，使用起来可能需要更多的代码。

6.互斥锁（Mutex）：

特点：互斥锁是用于实现互斥访问的一种高级同步机制，通常用于多线程应用程序。
优点：提供了更高级别的互斥机制，可以防止资源的并发访问。
缺点：相对于信号量和二进制信号量，使用起来更复杂。

总结

本篇文章主要讲解了同步和互斥的基本概念。