【MCXA156开发板测评】学习笔记05（FreeRTOS的信号量使用)

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概述

在嵌入式开发中，生产者消费者模式常用于解决并发任务之间的同步问题。本文将介绍如何在NXP MCXA156开发板上使用FreeRTOS实现生产者消费者模式。通过该模式，生产者任务会生成数据，并将其交给消费者任务进行处理。在此过程中，生产者和消费者通过信号量进行同步。

硬件平台

开发板：NXP MCXA156
FreeRTOS操作系统
开发环境：MCUXpresso IDE
软件环境

FreeRTOS内核
NXP SDK和驱动库
调试串口（用于输出调试信息）

1. 硬件与软件准备 1.1 硬件连接 在这个示例中，我们使用NXP MCXA156开发板。硬件设置非常简单，重点在于通过FreeRTOS调度器管理任务的执行。

1.2 软件环境搭建
安装并配置MCUXpresso IDE。
下载并导入适用于MCXA156的NXP SDK。
确保FreeRTOS内核已经集成并配置好。

2. 代码分析 以下代码实现了一个生产者消费者模式，生产者负责产生数据，消费者负责处理数据，二者通过信号量进行同步。

2.1 主函数

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int main(void)
{
    /* 硬件初始化 */
    BOARD_InitPins();          // 初始化引脚配置
    BOARD_InitBootClocks();    // 初始化系统时钟
    BOARD_InitDebugConsole();  // 初始化调试串口

    /* 创建生产者任务 */
    if (xTaskCreate(producer_task, "PRODUCER_TASK", configMINIMAL_STACK_SIZE + 128, NULL, TASK_PRIO, NULL) != pdPASS) {
        PRINTF("Task creation failed!.\r\n");
        while (1) ; // 死循环处理错误
    }

    /* 启动调度器 */
    vTaskStartScheduler();

    /* 调度器启动失败时进入死循环 */
    for (;;) ;
}

}
在主函数中，我们首先初始化了引脚、时钟和调试串口。
然后创建了一个生产者任务，并启动调度器。
2.2 生产者任务

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static void producer_task(void *pvParameters)
{
    uint32_t i;

    PRINTF("Producer_task created.\r\n");

    /* 创建二进制信号量 */
    xSemaphore_producer = xSemaphoreCreateBinary(); // 用于生产者等待消费者就绪
    if (xSemaphore_producer == NULL) {
        PRINTF("xSemaphore_producer creation failed.\r\n");
        vTaskSuspend(NULL); // 挂起当前任务
    }

    xSemaphore_consumer = xSemaphoreCreateBinary(); // 用于消费者等待生产者就绪
    if (xSemaphore_consumer == NULL) {
        PRINTF("xSemaphore_consumer creation failed.\r\n");
        vTaskSuspend(NULL);
    }

    /* 创建多个消费者任务 */
    for (i = 0; i < CONSUMER_LINE_SIZE; i++) {
        if (xTaskCreate(consumer_task, "CONSUMER_TASK", configMINIMAL_STACK_SIZE + 128, (void *)i, TASK_PRIO, NULL) != pdPASS) {
            PRINTF("Task creation failed!.\r\n");
            vTaskSuspend(NULL);
        }
        else {
            PRINTF("Consumer_task %d created.\r\n", i);
        }
    }

    /* 生产者主循环 */
    while (1) {
        /* 步骤1：通知消费者可以接收数据 */
        xSemaphoreGive(xSemaphore_consumer);

        /* 步骤2：等待消费者确认接收完成 */
        if (xSemaphoreTake(xSemaphore_producer, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            PRINTF("Producer released item.\r\n");
        } else {
            PRINTF("Producer is waiting for customer.\r\n");
        }
    }
}

}
生产者任务首先创建了两个信号量，一个用于通知消费者开始接收数据，另一个用于等待消费者确认接收。
然后，生产者任务通过 xSemaphoreGive 和 xSemaphoreTake 控制任务之间的同步。
2.3 消费者任务

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static void consumer_task(void *pvParameters)
{
    /* 将参数转换为消费者编号 */
    int consumer_id = (int)pvParameters;
    PRINTF("Consumer number: %d\r\n", consumer_id);

    while (1) {
        /* 步骤1：通知生产者可以发送数据 */
        xSemaphoreGive(xSemaphore_producer);

        /* 步骤2：等待生产者提供数据 */
        if (xSemaphoreTake(xSemaphore_consumer, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
            PRINTF("Consumer %d accepted item.\r\n", consumer_id);
        } else {
            PRINTF("Consumer %d is waiting for producer.\r\n", consumer_id);
        }
    }
}

每个消费者任务通过 xSemaphoreGive 向生产者通知可以开始生产数据。
通过 xSemaphoreTake 等待生产者的信号，接收数据并进行处理。
3. 信号量与同步机制
在这个例子中，信号量用于同步生产者和消费者任务之间的执行顺序。生产者和消费者通过信号量的“给”与“取”机制进行数据传递和同步。

生产者任务：通过 xSemaphoreGive(xSemaphore_consumer) 通知消费者准备好接收数据。然后，等待消费者确认通过 xSemaphoreTake(xSemaphore_producer)。
消费者任务：通过 xSemaphoreGive(xSemaphore_producer) 通知生产者准备好接收数据。然后，等待生产者提供数据，通过 xSemaphoreTake(xSemaphore_consumer)。

4. 调试与测试 使用串口调试输出，可以观察到任务的执行情况以及生产者和消费者之间的同步状态。每当任务创建、数据传递或者同步发生时，都会在串口终端输出相应的调试信息，帮助开发者确认任务是否正常运行。
5. 总结 本文通过一个简单的例子介绍了如何在NXP的MCXA156开发板上使用FreeRTOS实现生产者消费者模式。通过任务与信号量的配合，我们可以实现任务之间的同步和数据的安全传递。这种方法不仅适用于MCXA156开发板，也适用于其他基于FreeRTOS的嵌入式系统。

okhxyyo

谢谢分享~~~

qzc0927

okhxyyo 发表于 2025-2-12 11:43 谢谢分享~~~

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