Если вы помните, в этой главе мы видели, что HAL всегда пытается защитить параллельный доступ к периферийным устройствам с помощью макроса __HAL_LOCK(). Тем не менее, нет гарантии, что в многопоточной среде этот макрос предотвратит условия гонок, поскольку операция блокировки не выполняется атомарно.

В то время как семафоры лучше всего подходят для синхронизации действий потоков, мьютексы и критические секции являются способом защиты разделяемых ресурсов в конкурентном программировании. FreeRTOS предоставляет нам оба примитива, в то время как уровень CMSIS-RTOS устанавливает только понятие мьютекса. Тем не менее, критические секции оказываются полезными в нескольких ситуациях, и иногда они представляют более лучшее решение проблем, которые потребуют от разработчика больше усилий при программировании во избежание едва уловимых условий, таких как инверсия приоритетов.

23.6.1. Мьютексы

Мьютекс (Mutex) – это сокращение от MUTual EXclusion (что в переводе с английского взаимное исключение), и они являются своего рода бинарными семафорами, используемыми для управления доступом к разделяемым ресурсам. С концептуальной точки зрения мьютексы отличаются от семафоров по двум причинам:

•мьютекс всегда должен быть взят и затем выпущен, чтобы уведомить, что защищенный ресурс теперь снова доступен, в то время как семафор может быть выпущен даже для пробуждения заблокированного потока (мы видели этот режим в Примере 4); более того, обычно мьютекс берется и выпускается одним и тем же потоком32;

•мьютекс реализует наследование приоритетов (priority inheritance) – возможность минимизации проблемы инверсии приоритетов, которую мы проанализируем позже.

Чтобы использовать мьютексы, нам нужно определить макрос configUSE_MUTEXES в файле FreeRTOSConfig.h и установить его равным 1. Мьютекс определяется с помощью макроса osMutexDef(), который принимает имя мьютекса в качестве единственного параметра, и он эффективно создается функцией

osMutexId osMutexCreate(const osMutexDef_t *mutex_def);

Аналогично семафорам, чтобы получить мьютекс, мы используем функцию

osStatus osMutexWait(osMutexId mutex_id, uint32_t millisec);

и чтобы выпустить его, мы используем функцию:

osMutexRelease(osMutexId mutex_id);

32 Однако, в отличие от других операционных систем, во FreeRTOS не реализована проверка того, что только поток, получивший мьютекс, может его выпустить.