[FreeRTOS 基础知识] 互斥访问与回环队列 概念

---

为什么需要互斥访问？

在裸机中，假设有两个函数（func_A, func_B）都要修改a的值（a++），那么将a定义为全局变量a=0，main函数调用func_A();func_B(); 此时a的值为2。因为不存在多任务执行，代码是按照顺序执行的。

在多任务系统中，多个任务在微观上是串行执行，宏观上是并行执行的。 假设两个任务（func_A, func_B）也都要修改a的值（a++），会有什么情况呢？
首先，将修改a的值的代码a++做个拆分：
1、从内存中将a的值读到寄存器R0中；
2、修改寄存器R0的值；
3、将寄存器R0的值写回内存a中。

第一个时间片段执行 func_A，执行完第一步（从内存中将a的值读到寄存器R0中，a=R0=0），任务切换要释放CPU使用权。（任务切换之前会将现场保存下来 R0=0）
第二个时间片段执行 func_B，期间将3个步骤都执行完（a=R0=0；R0=R0+1=0+1=1; R0=a=1）后，任务切换要释放CPU使用权。
第三个时间片段，func_A接着执行，之前先将现场恢复（R0=0），执行后面两个步骤（R0=R0+1=0+1=1; R0=a=1）

通过上面的两个任务细分执行的过程，会发现当多个任务共用操作一个变量时，会发生异常。为了避免这种异常，引入互斥访问变量的方式。

使用队列实现互斥访问

当有多个任务操作变a时，为了确保每个任务操作a期间不被其他任务所影响，就调用队列来做隔离，任务B要去读a的值时直接调用队列处理好的数据即可。
队列的任务：1、关闭中断；2、环形缓冲区（操作a的值）；3、链表操作；4、打开中断

当任务A调用队列关闭中断后，其他任务不会再被调度执行（相当于逻辑程序），操作完变量a之后，打开中断，此时恢复CPU调度机制。使用队列可以实现互斥访问，避免多个任务同时操作一个变量时造成的异常现象。

RTOS中 调度队列函数接口 ：写队列xQueueSend，读队列xQueueReceive

休眠和唤醒机制

任务在读队列的时候会出现两种情况：
第一种情况、读到队列中的值返回；
第二种情况、队列读不到值，将任务休眠

场景：只有两个任务A和任务B，读写a的值
第一个时间片段：任务A 运行，在这个时间段中还没有调用队列修改a的值；
第二个时间片段：任务B运行，读队列，没有得到a的值，将任务B休眠；
第三个时间片段 —— 第五个时间片段：由于任务B处于休眠状态，因此任务A全速运行
第六个时间片段：任务A 写队列修改a的 值，并唤醒任务B
第七个时间片段：任务B 继续执行。

因此使用队列的方式，不仅能实现互斥访问，还能使用休眠和唤醒机制让CPU更高效的运行。
（注：唤醒任务B，任务B是不会马上执行，要等到下一个tick中断）

写队列的动作：1、修改 Data值；2、唤醒任务wake up
怎么知道唤醒哪个任务呢？队列链表Queue.list，将需要唤醒的任务放在链表里。

读队列的动作：1、有Data值，返回；2、无Data，休眠；
休眠：1、将任务从ReadyList移动到DelayList；2、将任务记录到Queue.list队列链表。

环形缓冲区

缓冲区本质上就是数组，假设这个缓冲区的长度为8，写缓冲区指针w刚开始在0的位置，每写一个val，指针w位置+（1%8），以此类推，最后的w+（8%8）。这样就形成闭环，也就是环形缓冲区。（读操作也是一样的）

由于链表的大小是有限的，所以当任务写缓冲区的时候发现已经写满了，就会将任务放到Queue.list队列链表中的list for send 链表中
在任务在读缓冲区的值时没有读出来，会将任务放到Queue.list队列链表中的list for receive 链表中