1、二值信號量

二值信號量通常用于互斥訪問或同步，二值信號量和互斥信號量非常類似，但是還是有一些細(xì)微的差別，互斥信號量擁有優(yōu)先級繼承機(jī)制，二值信號量沒有優(yōu)先級繼承。因此二值信號量更適合用于同步（任務(wù)與任務(wù)或任務(wù)與中斷的同步），而互斥信號量適合用于簡單的互斥訪問。

和隊列一樣，信號量 API 函數(shù)允許設(shè)置一個阻塞時間，阻塞時間是當(dāng)任務(wù)獲取信號量的時候由于信號量無效從而導(dǎo)致任務(wù)進(jìn)入阻塞態(tài)的最大時鐘節(jié)拍數(shù)。如果多個任務(wù)同時阻塞在同一個信號量上的話那么優(yōu)先級最高的哪個任務(wù)優(yōu)先獲得信號量，這樣當(dāng)信號量有效的時候高優(yōu)先級的任務(wù)就會解除阻塞狀態(tài)。

二值信號量其實就是一個只有一個隊列項的隊列，這個特殊的隊列要么是滿的，要么是空的，這不正好就是二值的嗎？任務(wù)和中斷使用這個特殊隊列不用在乎隊列中存的是什么消息，只需要知道這個隊列是滿的還是空的。可以利用這個機(jī)制來完成任務(wù)與中斷之間的同步。

在實際應(yīng)用中通常會使用一個任務(wù)來處理 MCU 的某個外設(shè)，比如網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，一般最簡單的方法就是使用一個任務(wù)去輪詢的查詢 MCU 的 ETH 外設(shè)是否有數(shù)據(jù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)的時候就處理這個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。這樣使用輪詢的方式是很浪費(fèi)CPU 資源的，而且也阻止了其他任務(wù)的運(yùn)行。最理想的方法就是當(dāng)沒有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時候網(wǎng)絡(luò)任務(wù)就進(jìn)入阻塞態(tài)，把 CPU 讓給其他的任務(wù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)的時候網(wǎng)絡(luò)任務(wù)才去執(zhí)行。現(xiàn)在使用二值信號量就可以實現(xiàn)這樣的功能，任務(wù)通過獲取信號量來判斷是否有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，沒有的話就進(jìn)入阻塞態(tài)，而網(wǎng)絡(luò)中斷服務(wù)函數(shù)通過釋放信號量來通知任務(wù)以太網(wǎng)外設(shè)接收到了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)任務(wù)可以去提取處理了。網(wǎng)絡(luò)任務(wù)只是在一直的獲取二值信號量，它不會釋放信號量，而中斷服務(wù)函數(shù)是一直在釋放信號量，它不會獲取信號量。在中斷服務(wù)函數(shù)中發(fā)送信號量可以使用函數(shù) xSemaphoreGiveFromISR（）。

2、計數(shù)型信號量

有些資料中也將計數(shù)型信號量叫做數(shù)值信號量，二值信號量相當(dāng)于長度為 1 的隊列，那么計數(shù)型信號量就是長度大于 1 的隊列。同二值信號量一樣，用戶不需要關(guān)心隊列中存儲了什么數(shù)據(jù)，只需要關(guān)心隊列是否為空即可。計數(shù)型信號量通常用于如下兩個場合：

事件計數(shù)

在這個場合中，每次事件發(fā)生的時候就在事件處理函數(shù)中釋放信號量（增加信號量的計數(shù)值），其他任務(wù)會獲取信號量（信號量計數(shù)值減一，信號量值就是隊列結(jié)構(gòu)體成員變量uxMessagesWaiting）來處理事件。在這種場合中創(chuàng)建的計數(shù)型信號量初始計數(shù)值為 0。

資源管理

在這個場合中，信號量值代表當(dāng)前資源的可用數(shù)量，比如停車場當(dāng)前剩余的停車位數(shù)量。一個任務(wù)要想獲得資源的使用權(quán)，首先必須獲取信號量，信號量獲取成功以后信號量值就會減一。當(dāng)信號量值為 0 的時候說明沒有資源了。當(dāng)一個任務(wù)使用完資源以后一定要釋放信號量，釋放信號量以后信號量值會加一。在這個場合中創(chuàng)建的計數(shù)型信號量初始值應(yīng)該是資源的數(shù)量，比如停車場一共有 100 個停車位，那么創(chuàng)建信號量的時候信號量值就應(yīng)該初始化為 100。

3、互斥信號量

互斥信號量其實就是一個擁有優(yōu)先級繼承的二值信號量，在同步的應(yīng)用中（任務(wù)與任務(wù)或中斷與任務(wù)之間的同步）二值信號量最適合。互斥信號量適合用于那些需要互斥訪問的應(yīng)用中。在互斥訪問中互斥信號量相當(dāng)于一個鑰匙，當(dāng)任務(wù)想要使用資源的時候就必須先獲得這個鑰匙，當(dāng)使用完資源以后就必須歸還這個鑰匙，這樣其他的任務(wù)就可以拿著這個鑰匙去使用資源。

互斥信號量使用和二值信號量相同的 API 操作函數(shù)，所以互斥信號量也可以設(shè)置阻塞時間，不同于二值信號量的是互斥信號量具有優(yōu)先級繼承的特性。當(dāng)一個互斥信號量正在被一個低優(yōu)先級的任務(wù)使用，而此時有個高優(yōu)先級的任務(wù)也嘗試獲取這個互斥信號量的話就會被阻塞。不過這個高優(yōu)先級的任務(wù)會將低優(yōu)先級任務(wù)的優(yōu)先級提升到與自己相同的優(yōu)先級，這個過程就是優(yōu)先級繼承。優(yōu)先級繼承盡可能的降低了高優(yōu)先級任務(wù)處于阻塞態(tài)的時間，并且將已經(jīng)出現(xiàn)的“優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)”的影響降到最低。

優(yōu)先級繼承并不能完全的消除優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)，它只是盡可能的降低優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)帶來的影響。硬實時應(yīng)用應(yīng)該在設(shè)計之初就要避免優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)的發(fā)生。互斥信號量不能用于中斷服務(wù)函數(shù)中，原因如下：

● 互斥信號量有優(yōu)先級繼承的機(jī)制，所以只能用在任務(wù)中，不能用于中斷服務(wù)函數(shù)。

● 中斷服務(wù)函數(shù)中不能因為要等待互斥信號量而設(shè)置阻塞時間進(jìn)入阻塞態(tài)。

4、遞歸互斥信號量

遞歸互斥信號量可以看作是一個特殊的互斥信號量，已經(jīng)獲取了互斥信號量的任務(wù)就不能再次獲取這個互斥信號量，但是遞歸互斥信號量不同，已經(jīng)獲取了遞歸互斥信號量的任務(wù)可以再次獲取這個遞歸互斥信號量，而且次數(shù)不限！一個任務(wù)使用函數(shù) xSemaphoreTakeRecursive（）成功的獲取了多少次遞歸互斥信號量就得使用函數(shù) xSemaphoreGiveRecursive（）釋放多少次！比如某個任務(wù)成功的獲取了 5 次遞歸信號量，那么這個任務(wù)也得同樣的釋放 5 次遞歸信號量。

遞歸互斥信號量也有優(yōu)先級繼承的機(jī)制，所以當(dāng)任務(wù)使用完遞歸互斥信號量以后一定要記得釋放。同互斥信號量一樣，遞歸互斥信號量不能用在中斷服務(wù)函數(shù)中。

● 由于優(yōu)先級繼承的存在，就限定了遞歸互斥信號量只能用在任務(wù)中，不能用在中斷服務(wù)函數(shù)中！

● 中斷服務(wù)函數(shù)不能設(shè)置阻塞時間。

要使用遞歸互斥信號量的話宏 configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 必須為 1！