[FreeRTOS] 临界区处理

简介

每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section） （临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。
每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。
多个进程中涉及到同一个临界资源的临界区称为相关临界区。

程序调度法则

进程进入临界区的调度原则是：

1. 如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。
2. 任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。
3. 进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。
4. 如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。

FreeRTOS解决方法

开关中断

void process_data(void)
{
    taskENTER_CRITICAL(); //or portENTER_CRITICAL();
    x++;
    taskEXIT_CRITICAL();  //or portEXIT_CRITICAL();
}

• 抢占式上下文切换只可能在某个中断完成，所以调用taskENTER_CRITICAL()的任务可以在中断关闭的时段一直保持运行态，直到退出临界区
• 临界区必须只具有很短的时间，否则会影响中断响应时间

使用信号量或者互斥量

推荐使用互斥量，因为互斥量解决了优先级翻转的问题

void process_data(void)
{
    if(xSemaphoreTake(xSemaphore, 10) == pdTRUE)
    {
        x++;
        xSemaphoreGive( xSemaphore );
    }
}

信号量和互斥量的最大区别是

• 用于互斥的信号量必须归还
• 用于同步的信号量在完成同步后变丢弃，不需要归还

禁止任务调度

void process_data(void)
{
    vTaskSuspendAll();
    x++;
    xTaskResumeAll();
}

• 如果一段临界区太长而不适合简单的关中断来实现，可以考虑采用挂起调度器的方式
• 唤醒调度器是一个相对较长的操作

注意

在使用临界区时，一般不允许其运行时间过长，只要进入临界区的线程还没有离开，其他所有试图进入此临界区的线程都会被挂起而进入到等待状态，并会在一定程度上影响程序的运行性能