FreeRTOS 任务计数信号量，任务二值信号量，任务事件标志组

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本章节为大家讲解 FreeRTOS 计数信号量的另一种实现方式----基于任务通知（Task Notifications）
的计数信号量，这里我们将这种方式实现的计数信号量称之为任务计数信号量。 任务计数信号量效率更高，
需要的 RAM 空间更小。当然，缺点也是有的，它没有之前介绍的计数信号量实现的功能全面。

任务通知（Task Notifications）介绍
FreeRTOS 每个已经创建的任务都有一个任务控制块（task control block），任务控制块就是一个
结构体变量，用于记录任务的相关信息。 结构体变量中有一个 32 位的变量成员 ulNotifiedValue 是专门
用于任务通知的。
通过任务通知方式可以实现计数信号量，二值信号量，事件标志组和消息邮箱（消息邮箱就是消息队
列长度为 1 的情况）。 使用方法与前面章节讲解的事件标志组和信号量基本相同，只是换了不同的函数来
实现。 任务通知方式实现的计数信号量，二值信号量，事件标志组和消息邮箱是通过修改变量
ulNotifiedValue 实现的：
? 设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以实现消息邮箱。
? 如果接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 还没有被其接收到，也可以用新数据覆盖原有数据
，这就是覆盖方式的消息邮箱。
? 设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 的 bit0-bit31 数值可以实现事件标志组。
? 设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 数值进行加一或者减一操作可以实现计数信号量和二
值信号量。
介绍了这么多，那么问题来了，采用这种方式有什么优势呢？根据官方的测试数据，唤醒由于信号量
和事件标志组而处于阻塞态的任务，速度提升了 45%，而且这种方式需要的 RAM 空间更小。 但这种方式
实现的信号量和事件标志组也有它的局限性，主要表现在以下两个方面：

? 任务通知方式仅可以用在只有一个任务等待信号量，消息邮箱或者事件标志组的情况，不过实际项目
项目中这种情况也是最多的。
? 使用任务通知方式实现的消息邮箱替代前面章节讲解的消息队列时，发送消息的任务不支持超时等待，
即消息队列中的数据已经满了，可以等待消息队列有空间可以存新的数据，而任务通知方式实现的消
息邮箱不支持超时等待。

任务计数信号量
前面第 21 章，我们对计数信号量进行了讲解，计数信号量就是对一个变量进行计数，变量的范围是
从 0 到用户创建计数信号量时所设置的大小。当计数变量大于 0 的时候计数信号量管理的资源才可以使用，
计数变量的具体数值就是可用的资源大小。
本章节讲解的任务计数信号量与第 21 章讲解的计数信号量要实现的功能是一样的，不同的是调用的
函数和使用的计数变量：
? 任务计数信号量的计数变量是通过任务控制块中的一个 32 位变量 ulNotifiedValue 实现计数。 前面讲解的计数信号量创建后会有自己的计数变量。
? 任务计数信号量是通过函数 ulTaskNotifyTake()替代之前讲解的函数 xSemaphoreTake()实现
资源获取，即对计数信号量数值进行减一操作。
? 任务计数信号量是通过函数 xTaskNotifyGive() 和 vTaskNotifyGiveFromISR()替代前面讲解的
函数 xSemaphoreGive() 和 xSemaphoreGiveFromISR()实现资源释放，即对计数信号量的数值进
行加一操作。
实际项目中，如果使用计数信号量和任务计数信号量都能实现相应功能，强烈建议使用任务计数信号量。 
任务计数信号量 API 函数
使用如下 9 个函数可以实现 FreeRTOS 的任务信号量(含任务计数信号量和任务二值信号量)：
? xTaskNotifyGive()
? vTaskNotifyGiveFromISR()
? ulTaskNotifyTake()
? xTaskNotify()
? xTaskNotifyAndQuery()
? xTaskNotifyAndQueryFromISR()
? xTaskNotifyFromISR()
? xTaskNotifyWait()
? xTaskNotifyStateClear()
关于这 9 个函数的讲解及其使用方法可以看 FreeRTOS 在线版手册 。
这里我们重点的说以下 3 个函数：
? xTaskNotifyGive
? vTaskNotifyGiveFromISR
? ulTaskNotifyTake
因为本章节配套的例子使用的是这 3 个函数。
函数 xTaskNotifyGive
函数原型：
BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify ); /* 任务句柄 */
函数描述：
函数 xTaskNotifyGive 用于释放信号量（含任务二值信号量，任务计数信号量）。
? 第 1 个参数是任务句柄。
? 返回值，仅有一个返回值 pdPASS。
使用这个函数要注意以下问题：
1. 任务信号量的初始计数值是 0。 任务信号量不像前面章节讲解的信号量，无需单独创建即可使用。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定
义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。
3. 此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序中使用的是
vTaskNotifyGiveFromISR。
函数 vTaskNotifyGiveFromISR
函数原型：
void vTaskNotifyGiveFromISR(
　　　　　　TaskHandle_t 　　xTaskToNotify, /* 任务句柄 */
　　　　　　BaseType_t *　　pxHigherPriorityTaskWoken ); /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */
函数描述：
函数 xTaskNotifyGive 用于释放信号量（含任务二值信号量，任务计数信号量）。
? 第 1 个参数是任务句柄。
? 第 2 个参数用于保存是否有高优先级任务准备就绪。如果函数执行完毕后，此参数的数值是 pdTRUE，
说明有高优先级任务要执行，否则没有。
使用这个函数要注意以下问题：
1. 任务信号量的初始计数值是 0。任务信号量不像前面章节讲解的信号量，无需单独创建即可使用。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定
义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。
3. 此函数是用于中断服务程序中调用的，故不可以在任务代码中调用此函数，任务代码中使用的是xTaskNotifyGive。 

函数 ulTaskNotifyTake
函数原型：
uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t 　　xClearCountOnExit, /* 选择是否清零用于任务通知的 ulNotifiedValue */
　　　　　　　　　　　　 TickType_t 　　 xTicksToWait ); /* 等待信号量可用的最大等待时间 */
函数描述：
函数 ulTaskNotifyTake用于获取信号量（含任务二值信号量，任务计数信号量）。
? 第 1 个参数配置为 pdFALSE 表示函数返回前用于任务信号量的内部变量 ulNotifiedValue（详情看
24.1 小节的解释说明）数值减一，这种方式用于任务计数信号量。 参数配置为 pdTRUE 表示函数返
回前用于任务信号量的内部变量 ulNotifiedValue（详情看 24.1 小节的解释说明）数值被清零，这种
方式用于任务二值信号量。
? 第 2 个参数是没有任务信号量可用时，等待信号量可用的最大等待时间，单位系统时钟节拍。

返回值：任务的通知值在其递减或清除之前的值
使用这个函数要注意以下问题：
1. 任务信号量的初始计数值是 0。任务信号量不像前面章节讲解的信号量，无需单独创建即可使用。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定义
为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。
3. 如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第 2 个参数配
置为 portMAX_DELAY，那么此函数会永久等待直到信号量可用。

FreeRTOS 任务二值信号量
任务二值信号量
前面，我们对二值信号量进行了讲解，二值信号量只有两种数值 0 和 1。 本章节讲解的任务
二值信号量与前面章节讲解的二值信号量要实现的功能是一样的，不同的是调用的函数和使用的计数变量：
? 任务二值信号量的计数变量是通过任务控制块中的一个 32 位变量 ulNotifiedValue 实现计数。前面讲解的二值信号量创建后会有自己的计数变量。
? 任务二值信号量是通过函数 ulTaskNotifyTake()替代前面章节讲解的函数 xSemaphoreTake()实现
资源获取，即对二值信号量数值进行清零操作。
? 任务二值信号量是通过函数 xTaskNotifyGive() 和 vTaskNotifyGiveFromISR()替代第前面章节讲解的
函数 xSemaphoreGive() 和 xSemaphoreGiveFromISR()实现资源释放，即对二值信号量的数值进行加一操作。

多次调用函数 xTaskNotifyGive ()难免会出现计数值大于 1 的情况，用作任务二值信号量时，我们可
以将所有大于 1 的计数理解为一种情况，即二值信号量管理的资源可用。因此，不管当前的计数是多少，
大于 0 的计数在通过函数 ulTaskNotifyTake()获取二值信号量的时候统一清零，这样就实现了二值信号量的功能。

实际项目中，如果使用二值信号量和任务二值信号量都能实现相应功能，强烈建议使用任务二值信号量。
 
FreeRTOS 任务事件标志组

任务事件标志组
前面第 18 章，我们对事件标志组进行了讲解。 本章节讲解的任务事件标志组与第 18 章讲解的事件标
志组要实现的功能是一样的，不同的是调用的函数和支持的事件标志个数，任务事件标志组支持 32 个事
件标志设置，而第 18 章中介绍的事件标志组，每创建一个支持 24 个事件标志设置：
? 任务事件标志组的事件标志位是通过任务控制块中的一个 32 位变量 ulNotifiedValue 实现。 第 18
章讲解的事件标志组创建后会有自己可以设置的事件标志位。
? 任务事件标志组是通过函数 xTaskNotifyWait()替代第 18 章讲解的函数 xEventGroupWaitBits ()
实现等待事件标志位被设置。
? 任务事件标志组是通过函数 xTaskNotify() 和 xTaskNotifyFromISR()替代第 18 章讲解的函数
xEventGroupSetBits() 和 xEventGroupSetBitsFromISR 实现对事件标志位的设置。
? 第 18 章中讲解的函数 xEventGroupSetBitsFromISR 是通过给 Daemon 任务（定时器任务）发消
息，在定时器任务中执行实际的操作，而我们本章节要介绍的函数 xTaskNotifyFromISR 是直接在
中断服务程序里面执行操作，效率要高很多。

函数 xTaskNotify

函数描述：
函数 xTaskNotify 通过设置任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以在任务代码中实现任务事件标志组，
任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息通知。
? 第 1 个参数是任务句柄。
? 第 2 个参数是用来更新任务控制块中的 32 位变量 ulNotifiedValue。
? 第 3 个参数是任务通知模式设置，支持以下 5 个参数：

? 返回值，根据上面第 3 个参数的说明，将其设置为 eSetValueWithoutOverwrite，有可能返回
pdFALSE，其余所有情况都返回值 pdPASS。
使用这个函数要注意以下问题：
1. 任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定
义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。
3. 此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序中使用的是
xTaskNotifyFromISR。
4. 根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 xTaskNotifyGive()替代此函数xTaskNotify()。 
函数 xTaskNotifyFromISR

函数描述：
函数 xTaskNotifyFromISR 通过设置任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以在中断服务程序中实现任
务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息通知（见 26.1 说明）。
? 第 1 个参数是任务句柄。
? 第 2 个参数是用来更新任务控制块中的 32 位变量 ulNotifiedValue。
? 第 3 个参数是任务通知模式设置，支持5 个参数，如上面5个参数一样：

? 第 4 个参数用于保存是否有高优先级任务准备就绪。如果函数执行完毕后，此参数的数值是 pdTRUE，
说明有高优先级任务要执行，否则没有。
? 返回值，根据上面第 3 个参数的说明，将其设置为 eSetValueWithoutOverwrite，有可能返回
pdFALSE，其余所有情况都返回值 pdPASS。
使用这个函数要注意以下问题：
1. 任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定
义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。
3. 此函数是用于中断服务程序中调用的，故不可以在任务代码中调用此函数，任务代码中使用的是xTaskNotify。
4. 根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 vTaskNotifyGiveFromISR ()替代此函数 xTaskNotifyFromISR ()。 
函数 xTaskNotifyWait

函数描述：
函数 xTaskNotifyWait 可以在任务代码中实现任务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二
值信号量四种方式的消息获取。
? 第 1 个参数 ulBitsToClearOnEntry 用于函数执行之前，将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 进
行如下操作 ：
ulNotifiedValue &= ~ulBitsToClearOnEntry
简单的说就是参数 ulBitsToClearOnEntry 哪个位是 1，那么变量 ulNotifiedValue 的那个位就会被
清零。 比如 ulBitsToClearOnEntry = 0x01 表示将变量 ulNotifiedValue 的 bit0 清零，又比如
ulBitsToClearOnEntry = 0xffffffff 表示将变量 ulNotifiedValue 的所有位清零。
? 第 2 个参数 ulBitsToClearOnExit 用于函数退出前，将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 进行如下操作 ： 

简单的说就是参数 ulBitsToClearOnExit 哪个位是 1，那么变量 ulNotifiedValue 的那个位就会被清
零。 比如 ulBitsToClearOnExit= 0x01 表示将变量 ulNotifiedValue 的 bit0 清零，又比如
ulBitsToClearOnExit= 0xffffffff 表示将变量 ulNotifiedValue 的所有位清零。
? 第 3 个参数用于将任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 保存到此参数指针所指向的存储单元。 如果
此参数没有用上，可以将其设置为 NULL。
? 第 4 个参数是没有消息时，等待消息的最大等待时间，单位系统时钟节拍。
? 返回值，如果成功接收到消息返回 pdTRUE，否则返回 pdFALSE，比如在设置的超时时间内没有收
到消息。

 使用这个函数要注意以下问题：
1. 任务创建后，任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 初始计数值是 0。
2. 默认配置此函数可以使用的的宏定义已经在 FreeRTOS.h 文件中使能：
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
当然，如果用户不需要使用任务通知功能相关的函数，可以在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置此宏定
义为 0 来禁止，这样创建的每个任务可以节省 8 个字节的需求。
3. 如果用户将 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义 INCLUDE_vTaskSuspend 配置为 1 且第 2 个参数配
置为 portMAX_DELAY，那么此函数会永久等待直到消息可用。
4. 根据 FreeRTOS 的建议，实现二值信号量和计数信号量时使用函数 ulTaskNotifyTake ()替代此函数
xTaskNotifyWait ()。

FreeRTOS 任务计数信号量，任务二值信号量，任务事件标志组

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