STM32 RTOS 系列教學 - 第五篇：RTOS 訊號量（Semaphore）與資源同步應用

🎯 教學目標

• 理解 RTOS 中 Semaphore 的概念與分類（Binary / Counting）
• 學會在多任務間使用 Semaphore 實現資源同步
• 實作一個防止資源衝突的共享範例

🔐 Semaphore 是什麼？

Semaphore（訊號量）是 RTOS 中用來控制任務間共享資源的一種同步工具，避免同時存取導致資源衝突。

📌 種類

• Binary Semaphore：僅有 0 和 1，用於任務間同步（類似旗標）
• Counting Semaphore：允許多個資源存取計數（像計數器），適用於多個資源管理

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🛠 STM32CubeMX 設定 Semaphore

Step 1：新增 Semaphore

• 開啟 Middleware > FreeRTOS > CMSIS RTOS v2
• 新增 Semaphore，命名為 myBinarySem01
• 類型選擇 Binary

Step 2：取得 Handle 並初始化

• 在 main.c 中取得 handle：

osSemaphoreId_t myBinarySem01Handle;

• 在初始化階段建立 semaphore：

const osSemaphoreAttr_t myBinarySem01_attributes = {
  .name = "myBinarySem01"
};
myBinarySem01Handle = osSemaphoreNew(1, 0, &myBinarySem01_attributes);

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✋ 任務同步範例：Button Trigger

範例說明：

• 任務 A 持續等待 semaphore（類似被 block）
• 中斷服務程式 (EXTI) 發生時觸發 osSemaphoreRelease()

EXTI 中斷觸發：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_13)
  {
    osSemaphoreRelease(myBinarySem01Handle);
  }
}

任務中等待觸發：

void StartDefaultTask(void *argument)
{
  for(;;)
  {
    if(osSemaphoreAcquire(myBinarySem01Handle, osWaitForever) == osOK)
    {
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
    }
  }
}

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🧠 常見應用場景

• Button / IRQ 中斷喚醒任務
• 任務間事件同步（生產者-消費者）
• 控制一次只允許一個任務進入共享區（Critical Section）

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✅ 成功條件檢查

• 按下按鈕，LED 能夠閃爍一次，且不會重複觸發
• 任務能穩定接收中斷產生的 semaphore
• 無資源衝突或 crash 現象

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🧩 下一篇預告

第 6 篇：RTOS Queue 任務間資料傳輸實作