FreeRTOS操作系统优先级翻转问题（八）

2023-05-16

FreeRTOS总结

文章目录

前言
一、浅浅了解优先级翻转
二、模拟优先级翻转实验
- 1.代码
总结

前言

在使用二值信号量的时候会遇到很常见的一个问题——优先级翻转，优先级翻转在可剥夺
内核中是非常常见的，在实时系统中不允许出现这种现象，这样会破坏任务的预期顺序，可能
会导致严重的后果。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、浅浅了解优先级翻转

在这里插入图片描述
例如：三个不同优先级的任务——低任务、中任务、高任务
创建二值信号量，然后释放一次信号量。
低任务获取信号量，长时间不释放，占住了高任务的资源。
高任务获取信号量，但是此时信号量被低任务占用着，高任务只能等待。但是等待过程中，中任务是一直运行的。出现了优先级反转。

二、模拟优先级翻转实验

1.代码

在这里插入图片描述

**注意：**低优先级和高优先级均要获取二值信号，并且低优先级要长时间获取信号量，模拟占取高优先级的二值信号量。

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "timer.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "beep.h"
#include "malloc.h"
#include "string.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"
/************************************************
 ALIENTEK ¾«Ó¢STM32F103¿ª·¢°å FreeRTOSÊµÑé14-3
 FreeRTOSÓÅÏÈ¼¶·×ªÊµÑé-¿âº¯Êý°æ±¾
 ¼¼ÊõÖ§³Ö£ºwww.openedv.com
 ÌÔ±¦µêÆÌ£ºhttp://eboard.taobao.com 
 ¹Ø×¢Î¢ÐÅ¹«ÖÚÆ½Ì¨Î¢ÐÅºÅ£º"ÕýµãÔ×Ó"£¬Ãâ·Ñ»ñÈ¡STM32×ÊÁÏ¡£
 ¹ãÖÝÊÐÐÇÒíµç×Ó¿Æ¼¼ÓÐÏÞ¹«Ë¾  
 ×÷Õß£ºÕýµãÔ×Ó @ALIENTEK
************************************************/

//ÈÎÎñÓÅÏÈ¼¶
#define START_TASK_PRIO			1
//ÈÎÎñ¶ÑÕ»´óÐ¡	
#define START_STK_SIZE 			256  
//ÈÎÎñ¾ä±ú
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//ÈÎÎñº¯Êý
void start_task(void *pvParameters);

//ÈÎÎñÓÅÏÈ¼¶
#define LOW_TASK_PRIO			2
//ÈÎÎñ¶ÑÕ»´óÐ¡	
#define LOW_STK_SIZE 			256  
//ÈÎÎñ¾ä±ú
TaskHandle_t LowTask_Handler;
//ÈÎÎñº¯Êý
void low_task(void *pvParameters);

//ÈÎÎñÓÅÏÈ¼¶
#define MIDDLE_TASK_PRIO 		3
//ÈÎÎñ¶ÑÕ»´óÐ¡	
#define MIDDLE_STK_SIZE  		256 
//ÈÎÎñ¾ä±ú
TaskHandle_t MiddleTask_Handler;
//ÈÎÎñº¯Êý
void middle_task(void *pvParameters);

//ÈÎÎñÓÅÏÈ¼¶
#define HIGH_TASK_PRIO 			4
//ÈÎÎñ¶ÑÕ»´óÐ¡	
#define HIGH_STK_SIZE  			256 
//ÈÎÎñ¾ä±ú
TaskHandle_t HighTask_Handler;
//ÈÎÎñº¯Êý
void high_task(void *pvParameters);

//¶þÖµÐÅºÅÁ¿¾ä±ú
SemaphoreHandle_t BinarySemaphore;	//¶þÖµÐÅºÅÁ¿

//LCDË¢ÆÁÊ±Ê¹ÓÃµÄÑÕÉ«
int lcd_discolor[14]={	WHITE, BLACK, BLUE,  BRED,      
						GRED,  GBLUE, RED,   MAGENTA,       	 
						GREEN, CYAN,  YELLOW,BROWN, 			
						BRRED, GRAY };

int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//ÉèÖÃÏµÍ³ÖÐ¶ÏÓÅÏÈ¼¶·Ö×é4	 
	delay_init();	    				//ÑÓÊ±º¯Êý³õÊ¼»¯	 
	uart_init(115200);					//³õÊ¼»¯´®¿Ú
	LED_Init();		  					//³õÊ¼»¯LED
	KEY_Init();							//³õÊ¼»¯°´¼ü
	BEEP_Init();						//³õÊ¼»¯·äÃùÆ÷
	LCD_Init();							//³õÊ¼»¯LCD
	my_mem_init(SRAMIN);            	//³õÊ¼»¯ÄÚ²¿ÄÚ´æ³Ø

    POINT_COLOR = RED;
	LCD_ShowString(30,10,200,16,16,"ATK STM32F103/407");	
	LCD_ShowString(30,30,200,16,16,"FreeRTOS Examp 14-3");
	LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Priority Overturn");
	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"2016/11/25");
	
	//´´½¨¿ªÊ¼ÈÎÎñ
    xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //ÈÎÎñº¯Êý
                (const char*    )"start_task",          //ÈÎÎñÃû³Æ
                (uint16_t       )START_STK_SIZE,        //ÈÎÎñ¶ÑÕ»´óÐ¡
                (void*          )NULL,                  //´«µÝ¸øÈÎÎñº¯ÊýµÄ²ÎÊý
                (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //ÈÎÎñÓÅÏÈ¼¶
                (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //ÈÎÎñ¾ä±ú              
    vTaskStartScheduler();          //¿ªÆôÈÎÎñµ÷¶È
}

//¿ªÊ¼ÈÎÎñÈÎÎñº¯Êý
void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();           //½øÈëÁÙ½çÇø
	
	//´´½¨¶þÖµÐÅºÅÁ¿
	BinarySemaphore=xSemaphoreCreateBinary();
	//¶þÖµÐÅºÅÁ¿´´½¨³É¹¦ÒÔºóÒªÏÈÊÍ·ÅÒ»ÏÂ
	if(BinarySemaphore!=NULL)xSemaphoreGive(BinarySemaphore);	
	
    //´´½¨¸ßÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñ
    xTaskCreate((TaskFunction_t )high_task,             
                (const char*    )"high_task",           
                (uint16_t       )HIGH_STK_SIZE,        
                (void*          )NULL,                  
                (UBaseType_t    )HIGH_TASK_PRIO,        
                (TaskHandle_t*  )&HighTask_Handler);   
    //´´½¨ÖÐµÈÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñ
    xTaskCreate((TaskFunction_t )middle_task,     
                (const char*    )"middle_task",   
                (uint16_t       )MIDDLE_STK_SIZE,
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )MIDDLE_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&MiddleTask_Handler); 
	//´´½¨µÍÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñ
    xTaskCreate((TaskFunction_t )low_task,     
                (const char*    )"low_task",   
                (uint16_t       )LOW_STK_SIZE,
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )LOW_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&LowTask_Handler);
    vTaskDelete(StartTask_Handler); //É¾³ý¿ªÊ¼ÈÎÎñ
    taskEXIT_CRITICAL();            //ÍË³öÁÙ½çÇø
}

//¸ßÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñµÄÈÎÎñº¯Êý
void high_task(void *pvParameters)
{
	u8 num;
	
	POINT_COLOR = BLACK;
	LCD_DrawRectangle(5,110,115,314); 	//»Ò»¸ö¾ØÐÎ	
	LCD_DrawLine(5,130,115,130);		//»Ïß
	POINT_COLOR = BLUE;
	LCD_ShowString(6,111,110,16,16,"High Task");
	
	while(1)
	{
		vTaskDelay(500);	//ÑÓÊ±500ms£¬Ò²¾ÍÊÇ500¸öÊ±ÖÓ½ÚÅÄ	
		num++;
		printf("high task Pend Sem\r\n");
		xSemaphoreTake(BinarySemaphore,portMAX_DELAY);	//»ñÈ¡¶þÖµÐÅºÅÁ¿
		printf("high task Running!\r\n");
		LCD_Fill(6,131,114,313,lcd_discolor[num%14]); 	//Ìî³äÇøÓò
		LED1=!LED1;
		xSemaphoreGive(BinarySemaphore);				//ÊÍ·ÅÐÅºÅÁ¿
		vTaskDelay(500);	//ÑÓÊ±500ms£¬Ò²¾ÍÊÇ500¸öÊ±ÖÓ½ÚÅÄ  
	}
}

//ÖÐµÈÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñµÄÈÎÎñº¯Êý
void middle_task(void *pvParameters)
{
	u8 num;
	
	POINT_COLOR = BLACK;
	LCD_DrawRectangle(125,110,234,314); //»Ò»¸ö¾ØÐÎ	
	LCD_DrawLine(125,130,234,130);		//»Ïß
	POINT_COLOR = BLUE;
	LCD_ShowString(126,111,110,16,16,"Middle Task");
	while(1)
	{
		num++;
		printf("middle task Running!\r\n");
		LCD_Fill(126,131,233,313,lcd_discolor[13-num%14]); //Ìî³äÇøÓò
		LED0=!LED0;
        vTaskDelay(1000);	//ÑÓÊ±1s£¬Ò²¾ÍÊÇ1000¸öÊ±ÖÓ½ÚÅÄ	
	}
}

//µÍÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñµÄÈÎÎñº¯Êý
void low_task(void *pvParameters)
{
	static u32 times;

	while(1)
	{
		xSemaphoreTake(BinarySemaphore,portMAX_DELAY);	//»ñÈ¡¶þÖµÐÅºÅÁ¿
		printf("low task Running!\r\n");
		for(times=0;times<5000000;times++)				//Ä£ÄâµÍÓÅÏÈ¼¶ÈÎÎñÕ¼ÓÃ¶þÖµÐÅºÅÁ¿
		{
			taskYIELD();								//·¢ÆðÈÎÎñµ÷¶È
		}
		xSemaphoreGive(BinarySemaphore);				//ÊÍ·Å¶þÖµÐÅºÅÁ¿
		vTaskDelay(1000);	//ÑÓÊ±1s£¬Ò²¾ÍÊÇ1000¸öÊ±ÖÓ½ÚÅÄ	
	}
}

总结

今天就大概了解了什么是优先级翻转的现象。
当一个低优先级任务和一个高优先级任务同时使用同一个信号量，而系统中还有其他中等优先级任务时。如果低优先级任务获得了信号量，那么高优先级的任务就会处于等待状态，但是，中等优先级的任务可以打断低优先级任务而先于高优先级任务运行(此时高优先级的任务在等待信号量，所以不能运行)，这是就出现了优先级翻转的现象。
那如何解决这个问题呢？下篇的博客会告诉你。
继续加油！

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操作系统优先级翻转问题