FreeRTOS conține un API specializat în crearea și apelarea semafoarelor, denumit Semaphore API. După cum ați observat în cadrul laboratorului de C POSIX cu același subiect, semafoarele și mutexurile pot fi utilizate pentru sincronizarea task-urilor, accesul la resurse partajate, dar și alte tipuri de semnalizări (similar cu rolul semafoarelor fizice :) ).

FreeRTOS utilizează următoarele tipuri de semafoare, pe care le vom detalia în continuare:

• Semafoare binare
• Mutexuri
• Semafoare generalizate

Semafoarele binare și mutexurile sunt similare, dar prezintă două diferențe principale:

• Task-ul care a blocat mutexul trebuie obligatoriu să îl și deblocheze pentru a permite accesul altor task-uri la mutex
• Mutexul oferă un mecanism de prioritizare:
  • Dacă un task cu prioritate mai mare vrea să blocheze un mutex deja folosit, task-ul care utilizează în prezent mutexul va avea crescută temporar prioritatea
  • Este implementată o coadă cu priorități pentru task-urile care vor să blocheze un mutex

În schimb, semafoarele binare blocate pot fi deblocate de orice alt task și nu există un mecanism de prioritizare.

Toate tipurile de semafore, similar altor elemente din FreeRTOS, sunt referite cu ajutorul handle-urilor. În plus, pentru a le utiliza, este necesară declararea bilbiotecii semphr.h, alături de clasica Arduino_FreeRTOS.h.

// Include biblioteca FreeRTOS
#include <Arduino_FreeRTOS.h>
 
// Include biblioteca pentru semafoare
#include <semphr.h>
 
// Declară o variabilă globală de tipul SemaphoreHandle_t
SemaphoreHandle_t semafor;

În Documentația oficială FreeRTOS, API-ul corespunzător este prezentat începând cu pagina 208, împreună cu exemple de utilizare pentru fiecare funcție.

După cum am specificat anterior, există câteva diferențe între semafoarele binare și mutexuri. Întrucât pot fi deblocate de orice task, semafoarele binare sunt mai potrivite atunci când avem nevoie de o sincronizare a două taskuri. De exemplu, un task mai rapid poate fi blocat la un semafor până când un task mai lent ajunge într-un punct în care îl deblochează.

Pentru a crea un semafor binar, este utilizată funcția xSemaphoreCreateBinary( SemaphoreHandle_t xSemaphore ) . Aceasta alocă spațiu în heap pentru semaforul binar și îl creează, cu starea inițială este “blocat”. Dacă valoarea întoarsă este NULL, nu există suficientă memorie disponibilă.

Exemplu:

SemaphoreHandle_t xSemaphore;
void vATask( void * pvParameters )
{
 /* Încearcă crearea unui semafor. */
 xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
 if( xSemaphore == NULL )
 {
 /* Nu există spațiu suficient în memorie pentru a crea semaforul */
 }
 else
 {
 /* Semaforul poate fi acum utilizat. Apelarea xSemaphoreTake() va eșua până la apelarea xSemaphoreGive(). */
 }
}

Semafoarele generalizate pot avea orice valoare ≥ 0. Când valoarea sa este 0, semaforul este blocat. Pentru a crea un semafor generalizat, este utilizată funcția xSemaphoreCreateCounting( UBaseType_t uxMaxCount, UBaseType_t uxInitialCount ). Primul argument reprezintă valoarea maximă a semaforului, iar al doilea argument definește valoare inițială a acestuia.

Exemplu

void vATask( void * pvParameters )
{
SemaphoreHandle_t xSemaphore;  // Declarare handle
 
xSemaphore = xSemaphoreCreateCounting( 10, 0 ); // Creare semafor generalizat cu valoare inițială 0 și valoarea maximă 10
if( xSemaphore != NULL )
{
/* Semaforul a fost creat cu succces*/
}

În exemplul de mai sus, handle-ul a fost declarat în interiorul unui task și nu sub formă de variabilă globală.

Utilizate în principal pentru gestionarea accesului la o resursă partajată, mutexurile sunt create cu ajutorul funcției xSemaphoreCreateMutex() .

class NumeClasa
{
   //cod
   friend TIP_RETURNAT NUME_FUNCTIE(ARGUMENTE);
   //cod
};