FreeRTOS的訊號量包括二進位制訊號量、計數訊號量、互斥訊號量（以後簡稱互斥量）和遞迴互斥訊號量（以後簡稱遞迴互斥量）。關於它們的區別可以參考《 FreeRTOS系列第19篇---FreeRTOS訊號量》一文。

         訊號量API函式實際上都是巨集，它使用現有的佇列機制。這些巨集定義在semphr.h檔案中。如果使用訊號量或者互斥量，需要包含semphr.h標頭檔案。

        二進位制訊號量、計數訊號量和互斥量訊號量的建立API函式是獨立的，但是獲取和釋放API函式都是相同的；遞迴互斥訊號量的建立、獲取和釋放API函式都是獨立的。

1.訊號量建立

         在《FreeRTOS高階篇5---FreeRTOS佇列分析》中，我們分析了佇列的實現過程，包括佇列建立、入隊和出隊操作。在那篇文章中我們說過，建立佇列API函式實際是呼叫通用佇列建立函式xQueueGenericCreate()來實現的。其實，不但建立佇列實際呼叫通用佇列建立函式，二進位制訊號量、計數訊號量、互斥量和遞迴互斥量也都直接或間接使用這個函式，如表1-1所示。表1-1中紅色字體表示是間接呼叫xQueueGenericCreate()函式。

表1-1：佇列、訊號量和互斥量建立巨集與直接（間接）執行函式

 

1.1.建立二進位制訊號量

         二進位制訊號量建立實際上是直接使用通用佇列建立函式xQueueGenericCreate()。建立二進位制訊號量API介面實際上是一個巨集，定義如下：

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1. #define xSemaphoreCreateBinary()         \
2.        xQueueGenericCreate(              \  
3.                 ( UBaseType_t ) 1,       \  
4.                 semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH,  \  
5.                 NULL,              \  
6.                 NULL
   ,              \  
7.                 queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE\  
8.                 )  

        通過這個巨集定義我們知道建立二進位制訊號量實際上是建立了一個佇列，佇列項有1個，但是佇列項的大小為0（巨集semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH定義為0）。

有了佇列建立的知識，我們可以很容易的畫出初始化後的二進位制訊號量記憶體，如圖1-1所示。

圖1-1：初始化後的二進位制訊號量物件記憶體

        或許不止一人像我一樣奇怪，建立一個沒有佇列項儲存空間的佇列，訊號量用什麼表示？其實二進位制訊號量的釋放和獲取都是通過操作佇列結構體成員uxMessageWaiting來實現的（圖1-1紅色部分，uxMessageWaiting表示佇列中當前佇列項的個數）。經過初始化後，變數uxMessageWaiting為0，這說明佇列為空，也就是訊號量處於無效狀態。在使用API函式xSemaphoreTake()獲取訊號之前，需要先釋放一個訊號量。後面講到二進位制訊號量釋放和獲取時還會詳細介紹。

1.2.建立計數訊號量

         建立計數訊號量間接使用通用佇列建立函式xQueueGenericCreate()。建立計數訊號量API介面同樣是個巨集定義：

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1. #define xSemaphoreCreateCounting(uxMaxCount, uxInitialCount )             \
2.        xQueueCreateCountingSemaphore( ( uxMaxCount ), ( uxInitialCount ), (NULL ) )  

         建立計數訊號量API介面有兩個引數，含義如下：

• uxMaxCount：最大計數值，當訊號到達這個值後，就不再增長了。
• uxInitialCount：建立訊號量時的初始值。

         我們來看一下函式xQueueCreateCountingSemaphore()如何實現的：

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1. QueueHandle_t xQueueCreateCountingSemaphore( const UBaseType_tuxMaxCount, const UBaseType_t uxInitialCount, StaticQueue_t *pxStaticQueue )  
2. {  
3. QueueHandle_t xHandle;  
4.     configASSERT( uxMaxCount != 0 );  
5.     configASSERT( uxInitialCount <= uxMaxCount );  
6.     /*呼叫通用佇列建立函式*/
7.     xHandle =xQueueGenericCreate(  
8.           uxMaxCount,  
9.           queueSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH,  
10.           NULL,  
11.           pxStaticQueue,  
12.           queueQUEUE_TYPE_COUNTING_SEMAPHORE );  
13.     if( xHandle != NULL )  
14.     {  
15.         ( ( Queue_t * ) xHandle )->uxMessagesWaiting = uxInitialCount;  
16.     }  
17.     configASSERT( xHandle );  
18.     return xHandle;  
19. }  

         從程式碼可以看出，建立計數訊號量仍然呼叫通用佇列建立函式xQueueGenericCreate()來建立一個佇列，佇列項的數目由引數uxMaxCount指定，每個佇列項的大小由巨集queueSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH指出，我們找到這個巨集定義發現，這個巨集被定義為0，也就是說建立的佇列只有佇列資料結構儲存空間而沒有佇列項儲存空間。

         如果佇列建立成功，則將佇列結構體成員uxMessageWaiting設定為初始計數訊號量值。初始化後的計數訊號量記憶體如圖3-1所示。

圖1-2：初始化後的計數訊號量物件記憶體

1.3建立互斥量

         建立互斥量間接使用通用佇列建立函式xQueueGenericCreate()。建立互斥量API介面同樣是個巨集，定義如下：

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1. #define xSemaphoreCreateMutex()             \
2.           xQueueCreateMutex( queueQUEUE_TYPE_MUTEX, NULL )  

         其中，巨集queueQUEUE_TYPE_MUTEX用於通用佇列建立函式，表示建立佇列的型別是互斥量，在文章《FreeRTOS高階篇5---FreeRTOS佇列分析》關於通用佇列建立函式引數說明中提到了這個巨集。

         我們來看一下函式xQueueCreateMutex()是如何實現的：

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1. #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
2.     QueueHandle_t xQueueCreateMutex( const uint8_tucQueueType, StaticQueue_t *pxStaticQueue )  
3.     {  
4.     Queue_t *pxNewQueue;  
5.     const UBaseType_tuxMutexLength = ( UBaseType_t ) 1, uxMutexSize = ( UBaseType_t ) 0;  
6.         /* 防止編譯器產生警告資訊 */
7.         ( void ) ucQueueType;  
8.         /*呼叫通用佇列建立函式*/
9.         pxNewQueue = ( Queue_t * )xQueueGenericCreate( uxMutexLength, uxMutexSize, NULL, pxStaticQueue, ucQueueType );  
10.         /* 成功分配新的佇列結構體? */
11.         if( pxNewQueue != NULL )  
12.         {  
13.             /*xQueueGenericCreate()函式會按照通用佇列的方式設定所有佇列結構體成員,但是我們是要建立互斥量.因此需要對一些結構體成員重新賦值. */
14.             pxNewQueue->pxMutexHolder = NULL;  
15.             pxNewQueue->uxQueueType =queueQUEUE_IS_MUTEX;  //NULL
16.             /* 用於遞迴互斥量建立 */
17.             pxNewQueue->u.uxRecursiveCallCount = 0;  
18.             /* 使用一個預期狀態啟動訊號量 */
19.             ( void ) xQueueGenericSend( pxNewQueue, NULL, ( TickType_t ) 0U, queueSEND_TO_BACK);  
20.         }  
21.         return pxNewQueue;  
22.     }  
23. #endif /* configUSE_MUTEXES */

         這個函式是帶條件編譯的，只有將巨集configUSE_MUTEXES定義為1才會編譯這個函式。

         函式首先呼叫通用佇列建立函式xQueueGenericCreate()來建立一個佇列，佇列項數目為1，佇列項大小為0，說明建立的佇列只有佇列資料結構儲存空間而沒有佇列項儲存空間。

         如果佇列建立成功，通用佇列建立函式還會按照通用佇列的方式 初始化所有佇列結構體成員。但是這裡要建立的是互斥量，所以有一些結構體成員必須重新賦值。在這段程式碼中，可能你會疑惑，佇列結構體成員中，並沒有pxMutexHolder和uxQueueType！其實這兩個識別符號只是巨集定義，是專門為互斥量而定義的，如下所示：

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1. #define pxMutexHolder                                     pcTail
2. #define uxQueueType                                       pcHead
3. #define queueQUEUE_IS_MUTEX                               NULL

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