• 需求源头

应用场景：串口接收一个字符串比如 “{led1}” , 控制LED1翻转
通过判断标志位的方式会浪费CPU资源，采用二值信号量可以解决此问题

• 常规判断标志位方式

以下代码需要在任务中循环检测 flag 是否是 1，会无故浪费单片机资源，即使 USART_Task 什么事情都没有做，也会被单片机任务调度运行
下面是任务函数代码

/* FreeRTOS任务：串口数据处理
*/
void USART_Task(void *pvParameters)
{const TickType_t xDelay = 1000 / portTICK_PERIOD_MS;while(1){if(flag == 1)  //判断串口是否接收到一帧数据{flag = 0;  //清零flag/* 串口数据处理分割串口接收的字符串 分割出{}之间的数据赋值给str*//* 判断串口接收到的数据是否为led1 */if(strcmp((const char*)str, "led1") == 0)  //使用strcmp函数需要包含头文件 #include "string.h"{printf("LED反转\r\n");GPIOC->ODR ^= (1<<13);}}vTaskDelay(xDelay);}
}

下面是串口代码

//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void)                	
{uint8_t r;if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)   //接收中断{if(USART1_RX_STA == 0){r = USART1->DR;           //读取接收到的数据USART1_RX_BUF[LEN++] = r;if(USART1_RX_STA == 0 && r == '}'){USART1_RX_STA = 1;    //接受完毕}}USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);}
}

• 二值信号量方式

二值信号量可以在某个特殊的中断发生时，让任务解除阻塞，相当于让任务与中断
同步。这样就可以在同步任务中处理量大的工作，中断服务例程(ISR)中只是快速处理少部份工作。

通俗来说：

1. 让任务在循环中判断某个标志是否满足条件，如果不满足则进入阻塞态等待该标志满足
2. 在另一个中断函数里让该标志满足条件，继而再唤醒等待该标志位的任务，使任务进入就绪态

根据二值信号量的编程要求，需要用到以下几个函数（实际上是宏）

1. 创建二值信号量函数 vSemaphoreCreateBinary( xSemaphore )

需要传递一个信号量 xSemaphore 作为参数，要事先定义该信号量

#include "semphr.h"  //注意要包含信号量的头文件哦
xSemaphoreHandle xSemaphore;  //定义信号量（全局）......
......
//在初始化函数中写入以下代码
/* 初始化二值信号量 */
vSemaphoreCreateBinary(xSemaphore);   //在初始化函数中初始化信号量
/* 经过测试，初始化二值信号量后，默认信号量是满状态，可以先Take一下，把信号量清空 */
xSemaphoreTake(xSemaphore, 0);

2. 获取信号量函数 xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime )

(1) 在任务函数中获取该信号量
xSemaphoreTake 函数有两个参数，一个是要获取的信号量，一个是等待超时时间，
即没有获取到信号量时最多等待的时间。

(2) 阻塞时间是以系统心跳周期为单位的，所以绝对时间取决于系统心跳频率。
常量portTICK_RATE_MS（也就是 portTICK_PERIOD_MS：RTOS系统节拍中断的频率）
可以用来把心跳时间单位转换为毫秒时间单位。

(3) 如果把 xTicksToWait 设置为 portMAX_DELAY ，并且在FreeRTOSConig.h 中
设定 INCLUDE_vTaskSuspend 为 1，那么阻塞等待将没有超时限制。

3. 给出信号量函数 xSemaphoreGive / xSemaphoreGiveFromISR ( xSemaphore )

(1) 在中断函数中给出信号量使用 xSemaphoreGiveFromISR 函数
中断外使用xSemaphoreGive函数即可，都只有一个参数，即信号量

(2) 给出信号量的时候， 会唤醒等待该信号量任务

(3) 如果有不止一个任务等待此信号量，则只会唤醒等待队列中的第一个任务

下面是任务函数写法（负责获取信号量，获取不到就进入阻塞态等待唤醒）

/* FreeRTOS任务：串口数据处理
*/
void USART_Task(void *pvParameters)
{const TickType_t xDelay = 1000 / portTICK_PERIOD_MS;
//	const TickType_t xBlockTime = 6000 / portTICK_PERIOD_MS;  //等待信号量时间BaseType_t result;  //获取信号量结果变量char str[10];       //解析串口数据缓冲区while(1){/** portMAX_DELAY：表示没有超时限制，一直等，等到海枯石烂......* 尝试获取信号量，如果没有获取到则进入阻塞态* 如果设置了超时时间，超时时间内获取到了信号量，则返回pdPASS，如果没有获取到，则返回pdFALSE*/result = xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY);   printf("***********信号量测试***********\r\n");if(result == pdPASS){printf("获取到二值信号量！！！\r\n");//截取串口数据strncpy(str, (const char*)&USART1_RX_BUF[1], LEN-2);printf("接收到 ： %s\r\n",str);//判断是否是led1命令if(strcmp((const char*)str, "led1") == 0){printf("LED反转\r\n");GPIOC->ODR ^= (1<<13);}//清空串口配置变量memset(USART1_RX_BUF, 0, USART1_REC_LEN);USART1_RX_STA = 0;LEN = 0;}vTaskDelay(xDelay);}
}

下面是串口中断代码（负责给信号量）

//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void)                	
{uint8_t r;BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)   //接收中断{//如果没有接收完毕if(USART1_RX_STA == 0){r = USART1->DR;           //读取接收到的数据USART1_RX_BUF[LEN++] = r;//如果接收到帧尾 '}'if(USART1_RX_STA == 0 && r == '}')USART1_RX_STA = 1;    //接收完毕}USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE);   //清除接收标志位}if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)//空闲中断{printf("空闲中断,接收完毕\r\n");r = USART1->SR;  //串口空闲中断的中断标志只能通过先读SR寄存器，再读DR寄存器清除！r = USART1->DR;//给出二值信号量，唤醒串口数据处理任务xSemaphoreGiveFromISR(xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);  portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);  //如果需要的话进行一次任务切换}

补充：如果被唤醒的阻塞任务的优先级高于当前任务的优先级 – 强制进行一次任务切换，以确保中断直接返回到解出阻塞的任务(优选级更高)

• 实验结果

可以看到串口助手发送 {led1} 后，串口数据处理任务被唤醒并执行任务，使得LED翻转