计数信号量

1. 今天必须记住的 3 句话

计数信号量 = N 个二值信号量，计数值可以累加（0~N）
核心作用：事件计数（按键按了几次）、资源管理（有几个车位可用）
和二值信号量的最大区别：二值信号量连续 Give 多次，值还是 1，会丢事件；计数信号量连续 Give 多次，值会累加，不会丢事件！

2. 最直观的类比：停车场车位模型

把计数信号量想象成有 N 个车位的停车场：

表格

停车场概念	对应计数信号量 API	含义
停车场总共有 10 个车位	`xSemaphoreCreateCounting(10, 0)`	最大计数值 10，初始值 0（初始时 0 个车位可用，或者反过来理解）
一辆车开走，释放 1 个车位	`xSemaphoreGive()`	计数值 + 1（可用车位 + 1）
一辆车开进来，占用 1 个车位	`xSemaphoreTake()`	计数值 - 1（可用车位 - 1）
车位全满了，Take 会阻塞	`xSemaphoreTake(..., 阻塞时间)`	计数值为 0 时，Take 会等待，直到有车位释放

3. 今天的核心：2 个 API（比二值信号量多 1 个创建参数）

（1）创建计数信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting( UBaseType_t uxMaxCount, // 【参数1】最大计数值（比如100，对应100个车位） UBaseType_t uxInitialCount // 【参数2】初始计数值（一般设为0） );

返回值：成功返回句柄，失败返回NULL（堆内存不足）。
对比二值信号量：二值信号量相当于xSemaphoreCreateCounting(1, 0)，最大计数值只能是 1。

（2）获取 / 释放信号量（和二值信号量完全一样）

任务中获取：xSemaphoreTake(xSem, xBlockTime)（计数值 - 1）
任务中释放：xSemaphoreGive(xSem)（计数值 + 1）
中断中释放：xSemaphoreGiveFromISR(xSem, &xHigherPriorityTaskWoken)（计数值 + 1，必须配合portYIELD_FROM_ISR()）

4. 今天的练习：按键计数（不会丢事件）

需求：

按键快速按下多次（比如 1 秒按 5 次）
中断里只发计数信号量（Give），计数值累加
任务里慢慢处理（Take），每次处理间隔 1 秒，不会丢任何一次按键事件

完整可复制代码

第一步：全局变量定义

/* USER CODE BEGIN PV */ SemaphoreHandle_t xKeyCountSem; // 按键计数用的计数信号量 SemaphoreHandle_t xUARTMutex; // 串口打印互斥锁（解决乱码） /* USER CODE END PV */

第二步：任务函数（慢慢处理，不会丢事件）

/* USER CODE BEGIN 0 */ void Key_Count_Task(void *pvParameters) { uint32_t process_count = 0; printf("=== 按键任务启动 ===\r\n"); while(1) { // 调试打印：查看信号量累积情况 printf(">>> 当前信号量计数值：%d\r\n", (int)uxSemaphoreGetCount(xKeyCountSem)); // 等待按键触发的信号量 if(xSemaphoreTake(xKeyCountSem, portMAX_DELAY) == pdPASS) { // 2. 有效按键：计数+打印 process_count++; printf("任务处理第 %d 次按键事件\r\n", process_count); // 3. 消抖完成，解锁，响应下一次按键 key_lock = 0; // 4. 你的需求：打印后间隔1秒 vTaskDelay(3000); } } } /* USER CODE END 0 */

第三步：main 函数里创建（顺序不能乱）

int main(void) { /* USER CODE BEGIN 1 */ /* USER CODE END 1 */ /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/ /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */ HAL_Init(); /* USER CODE BEGIN Init */ /* USER CODE END Init */ /* Configure the system clock */ SystemClock_Config(); /* USER CODE BEGIN SysInit */ /* USER CODE END SysInit */ /* Initialize all configured peripherals */ MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ xUARTMutex = xSemaphoreCreateMutex(); // 创建互斥锁 xKeyCountSem = xSemaphoreCreateCounting(20, 0); xDataQueue = xQueueCreate(5, sizeof(uint32_t)); if(xTaskCreate(Key_Count_Task, "Key_Count_Task", 128 , NULL, 2, NULL) == pdPASS) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"--- KEY_Task 创建成功 ---\r\n", strlen("--- KEY_Task 创建成功 ---\r\n"), 100); } else HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"--- KEY_Task 创建失败 ---\r\n", strlen("--- KEY_Task 创建失败 ---\r\n"), 100); if(xTaskCreate(Key_Scan_Task, "Key_Scan_Task", 128 , NULL, 3, NULL) == pdPASS) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"--- Key_Scan_Task 创建成功 ---\r\n", strlen("--- Key_Scan_Task 创建成功 ---\r\n"), 100); } else HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"--- Key_Scan_Task 创建失败 ---\r\n", strlen("--- Key_Scan_Task 创建失败 ---\r\n"), 100); if(xKeyCountSem == NULL) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)" 计数信号量创建失败\r\n", strlen(" 计数信号量创建失败\r\n"), 100); } else HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)" 计数信号量创建成功\r\n", strlen(" 计数信号量创建成功\r\n"), 100); /* USER CODE END 2 */ /* Call init function for freertos objects (in cmsis_os2.c) */ MX_FREERTOS_Init(); /* Start scheduler */ osKernelStart(); /* We should never get here as control is now taken by the scheduler */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */ }

第四步：按键扫描函数

void Key_Scan_Task(void *pvParameters) { uint8_t key_last_state = 1; // 上一次状态：默认高电平（上拉） uint8_t key_current_state; TickType_t key_press_tick = 0; // 记录按键按下的起始时间 const TickType_t long_press_time = pdMS_TO_TICKS(2000); // 长按阈值：2秒 printf("=== 按键扫描任务启动（短按<2s生效） ===\r\n"); while(1) { // 1. 读取当前按键电平 key_current_state = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0); // ============================================== // 【检测按下：下降沿】记录按下的时间点 // ============================================== if(key_last_state == 1 && key_current_state == 0) { key_press_tick = xTaskGetTickCount(); // 保存按下时刻 } // ============================================== // 【检测松手：上升沿】判断按下时长，短按才生效 // ============================================== if(key_last_state == 0 && key_current_state == 1) { vTaskDelay(20); // 20ms消抖 // 再次确认松手 if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == 1) { // 计算按下总时长 TickType_t press_time = xTaskGetTickCount() - key_press_tick; //核心判断：按下时间 ＜ 2秒 → 触发；≥2秒 → 忽略 if(press_time < long_press_time) { xSemaphoreGive(xKeyCountSem); // 短按有效，释放信号量 } else { printf("长按超过2秒，忽略触发\r\n"); // 可选调试打印 } } } // 更新状态 key_last_state = key_current_state; // 扫描周期10ms vTaskDelay(10); } }

5. 今天必须搞懂的核心：为什么计数信号量不会丢事件？

对比二值信号量和计数信号量

场景：1 秒内快速按下 5 次按键

表格

类型	连续 Give 5 次后的计数值	任务 Take 的结果	结论
二值信号量	只能是 1（因为最大计数值是 1，连续 Give 多次值不会累加）	任务只能 Take 1 次，剩下 4 次事件直接丢失	❌ 会丢事件
计数信号量	变成 5（连续 Give 5 次，值累加 5 次）	任务可以 Take 5 次，每次处理 1 次，不会丢任何事件	✅ 不会丢事件