从0到1学习FreeRTOS：FreeRTOS 内核应用开发：（二）创建单任务—SRAM 静态内存

从0到1学习FreeRTOS：FreeRTOS 内核应用开发：（二）创建单任务—SRAM 静态内存

目录

一、硬件初始化：

二、定义任务函数：

三、空闲任务与定时器任务堆栈函数实现：

四、定义任务栈：

五、定义任务控制块：

六、静态创建任务：

七、启动任务：

八、main.c 文件内容全貌：

 

---

       创建一个单任务，任务使用的栈和任务控制块都使用静态内存，即预先定义好的全局变量，这些预先定义好的全局变量都存在内部的 SRAM 中。

一、硬件初始化：

       本篇创建的任务需要用到板载的 LED，所以先要将 LED 相关的函数初始化好，为了方便以后统一管理板级外设的初始化，我们在 main.c 文件中创建一个 BSP_Init()函数，专门用于存放板级外设初始化函数， 具体见下面代码片段。

/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： BSP_Init
  * @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
  * @ 参数    ：   
  * @ 返回值  ： 无
  *********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{
	/*
	 * STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
	 * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
	 * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
	 */
	NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );
	
	/* LED 初始化 */
	LED_GPIO_Config();

	/* 串口初始化	*/
	Debug_USART_Config();
  
}

二、定义任务函数：

任务实际上就是一个无限循环且不带返回值的 C 函数。

/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： LED_Task
  * @ 功能说明： LED_Task任务主体
  * @ 参数    ：   
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void LED_Task(void* parameter)
{	
    while (1)
    {
        LED1_ON;
        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */
        printf("LED_Task Running,LED1_ON\r\n");
        
        LED1_OFF;     
        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */		 		
        printf("LED_Task Running,LED1_OFF\r\n");
    }
}

注意：FreeRTOS 里面的延时是阻塞延时，即调用 vTaskDelay()函数的时候，当前任务会被挂起，调度器会切换到其它就绪的任务，从而实现多任务。

三、空闲任务与定时器任务堆栈函数实现：

        当我们使用了静态创建任务的时候， configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 这个宏定 义 必 须 为 1 （ 在 FreeRTOSConfig.h 文 件 中 ） ，如下图所示：

       并且我们需要实现两个函数 ：vApplicationGetIdleTaskMemory()与 vApplicationGetTimerTaskMemory()，这两个函数是用户设定的空闲（Idle）任务与定时器（Timer）任务的堆栈大小，必须由用户自己分配，而不能是动态分配，具体见代码清单见下面。

/* 空闲任务任务堆栈 */
static StackType_t Idle_Task_Stack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
/* 定时器任务堆栈 */
static StackType_t Timer_Task_Stack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH];

/* 空闲任务控制块 */
static StaticTask_t Idle_Task_TCB;	
/* 定时器任务控制块 */
static StaticTask_t Timer_Task_TCB;

/**
  **********************************************************************
  * @brief  获取空闲任务的任务堆栈和任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskTCBBuffer	:		任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskStackBuffer	:	任务堆栈内存
	*					pulTimerTaskStackSize	:		任务堆栈大小
  **********************************************************************
  */ 
void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer, 
								   StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer, 
								   uint32_t *pulIdleTaskStackSize)
{
	*ppxIdleTaskTCBBuffer=&Idle_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */
	*ppxIdleTaskStackBuffer=Idle_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
	*pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;/* 任务堆栈大小 */
}

/**
  *********************************************************************
  * @brief  获取定时器任务的任务堆栈和任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskTCBBuffer	:		任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskStackBuffer	:	任务堆栈内存
	*					pulTimerTaskStackSize	:		任务堆栈大小
  **********************************************************************
  */ 
void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer, 
									StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer, 
									uint32_t *pulTimerTaskStackSize)
{
	*ppxTimerTaskTCBBuffer=&Timer_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */
	*ppxTimerTaskStackBuffer=Timer_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
	*pulTimerTaskStackSize=configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;/* 任务堆栈大小 */
}

四、定义任务栈：

        目前我们只创建了一个任务，当任务进入延时的时候，因为没有另外就绪的用户任务，那么系统就会进入空闲任务，空闲任务是 FreeRTOS 系统自己启动的一个任务，优先级最低。当整个系统都没有就绪任务的时候，系统必须保证有一个任务在运行，空闲任务就是为这个设计的。当用户任务延时到期，又会从空闲任务切换回用户任务。
        在 FreeRTOS 系统中，每一个任务都是独立的，他们的运行环境都单独的保存在他们的栈空间当中。那么在定义好任务函数之后，我们还要为任务定义一个栈，目前我们使用的是静态内存，所以任务栈是一个独立的全局变量，具体见下面的代码清单。任务的栈占用的是 MCU 内部的 RAM，当任务越多的时候，需要使用的栈空间就越大，即需要使用的RAM 空间就越多。一个 MCU 能够支持多少任务，就得看你的 RAM 空间有多少。

/* AppTaskCreate任务任务堆栈 */
static StackType_t AppTaskCreate_Stack[128];
/* LED任务堆栈 */
static StackType_t LED_Task_Stack[128];

        在大多数系统中需要做栈空间地址对齐，在 FreeRTOS 中是以 8 字节大小对齐，并且会检查堆栈是否已经对齐，其中 portBYTE_ALIGNMENT 是在 portmacro.h 里面定义的一个宏，其值为 8，就是配置为按 8 字节对齐，当然用户可以选择按 1、 2、 4、 8、 16、 32 等字节对齐，目前默认为 8，具体见下面的代码清单。

#define portBYTE_ALIGNMENT 8
#if portBYTE_ALIGNMENT == 8
#define portBYTE_ALIGNMENT_MASK ( 0x0007 )
#endif

pxTopOfStack = pxNewTCB->pxStack + ( ulStackDepth - ( uint32_t ) 1 );
pxTopOfStack = ( StackType_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxTopOfStack ) &
( ~( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ) );
/* 检查计算出的堆栈顶部的对齐方式是否正确。 */
configASSERT( ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxTopOfStack &
( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) == 0UL ) );

五、定义任务控制块：

        定义好任务函数和任务栈之后，我们还需要为任务定义一个任务控制块，通常我们称这个任务控制块为任务的身份证。在 C 代码上，任务控制块就是一个结构体，里面有非常多的成员，这些成员共同描述了任务的全部信息，具体见下面的代码清单。

/* AppTaskCreate 任务控制块 */
static StaticTask_t AppTaskCreate_TCB;
/* AppTaskCreate 任务控制块 */
static StaticTask_t LED_Task_TCB;

六、静态创建任务：

        一个任务的三要素是任务主体函数，任务栈，任务控制块， FreeRTOS 里面有一个叫静态任务创建函数 xTaskCreateStatic()， 它将任务主体函数， 任务栈（静态的）和任务控制块（静态的）这三者联系在一起，让任务可以随时被系统启动，具体见下面的代码清单。

/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： AppTaskCreate
  * @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面
  * @ 参数    ： 无  
  * @ 返回值  ： 无
  **********************************************************************/
static void AppTaskCreate(void)
{
  taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区

  /* 创建LED_Task任务 */
	LED_Task_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t	)LED_Task,//任务函数---即任务函数的名称，需要我们自己定义并且实现。
															(const char* 	)"LED_Task",		    //任务名称字符串形式---最大长度由 FreeRTOSConfig.h 中定义的configMAX_TASK_NAME_LEN 宏指定，多余部分会被自动截掉
															(uint32_t 		)128,					      //任务堆栈大小---单位为字，在 32 位的处理器下（STM32），一个字等于 4 个字节，那么任务大小就为 128 * 4 字节。
															(void* 		  	)NULL,				      //传递给任务函数的参数---任务入口函数形参，不用的时候配置为 0 或者 NULL 即可。
															(UBaseType_t 	)4, 				        //任务优先级---优先级范围根据FreeRTOSConfig.h 中的宏configMAX_PRIORITIES 决定， 如果使能 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION，这个宏定义，则最多支持 32 个优先级；如果不用特殊方法查找下一个运行的任务，那么则不强制要求限制最大可用优先级数目。在 FreeRTOS 中， 数值越大优先级越高， 0 代表最低优先级。
															(StackType_t*   )LED_Task_Stack,	//任务堆栈起始地址---只有在使用静态内存的时候才需要提供， 在使用动态内存的时候会根据提供的任务栈大小自动创建。
															(StaticTask_t*  )&LED_Task_TCB);	//任务控制块---在使用静态内存的时候，需要给任务初始化函数 xTaskCreateStatic()传递预先定义好的任务控制块的指针。在使用动态内存的时候，任务创建函数 xTaskCreate()会返回一个指针指向任务控制块，该任务控制块是 xTaskCreate()函数里面动态分配的一块内存。   
	
	if(NULL != LED_Task_Handle)/* 创建成功 */
		printf("LED_Task任务创建成功!\n");
	else
		printf("LED_Task任务创建失败!\n");
	
  vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务
  
  taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}

七、启动任务：

        当任务创建好后，是处于任务就绪（Ready） ，在就绪态的任务可以参与操作系统的调度。但是此时任务仅仅是创建了，还未开启任务调度器，也没创建空闲任务与定时器任务（如果使能了 configUSE_TIMERS 这个宏定义），那这两个任务就是在启动任务调度器中实现，每个操作系统，任务调度器只启动一次，之后就不会再次执行了， FreeRTOS 中启动任务调度器的函数是 vTaskStartScheduler()，并且启动任务调度器的时候就不会返回，从此任务管理都由FreeRTOS 管理，此时才是真正进入实时操作系统中的第一步，具体见下面的代码清单。

/* 启动任务，开启调度 */
vTaskStartScheduler();

八、main.c 文件内容全貌：

/**
  ******************************************************************************
  * @file    main.c
  * @author  Sumjess
  * @version V1.0
  * @date    2019-09-xx
  * @brief   MDK5.27
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * 实验平台   :STM32 F429 
  * CSDN Blog  :https://blog.csdn.net/qq_38351824
  * 微信公众号 :Tech云
  *
  ******************************************************************************
  */
  
/*
*************************************************************************
*                             包含的头文件
*************************************************************************
*/ 
/* FreeRTOS头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* 开发板硬件bsp头文件 */
#include "sum_common.h"                  


/**************************** 任务句柄 ********************************/
/* 
 * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
 * 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
 * 这个句柄可以为NULL。
 */
 /* 创建任务句柄 */
static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle;
/* LED任务句柄 */
static TaskHandle_t LED_Task_Handle;		

/********************************** 内核对象句柄 *********************************/
/*
 * 信号量，消息队列，事件标志组，软件定时器这些都属于内核的对象，要想使用这些内核
 * 对象，必须先创建，创建成功之后会返回一个相应的句柄。实际上就是一个指针，后续我
 * 们就可以通过这个句柄操作这些内核对象。
 *
 * 内核对象说白了就是一种全局的数据结构，通过这些数据结构我们可以实现任务间的通信，
 * 任务间的事件同步等各种功能。至于这些功能的实现我们是通过调用这些内核对象的函数
 * 来完成的
 * 
 */


/******************************* 全局变量声明 ************************************/
/*
 * 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些全局变量。
 */
/* AppTaskCreate任务任务堆栈 */
static StackType_t AppTaskCreate_Stack[128];
/* LED任务堆栈 */
static StackType_t LED_Task_Stack[128];

/* AppTaskCreate 任务控制块 */
static StaticTask_t AppTaskCreate_TCB;
/* AppTaskCreate 任务控制块 */
static StaticTask_t LED_Task_TCB;

/* 空闲任务任务堆栈 */
static StackType_t Idle_Task_Stack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
/* 定时器任务堆栈 */
static StackType_t Timer_Task_Stack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH];

/* 空闲任务控制块 */
static StaticTask_t Idle_Task_TCB;	
/* 定时器任务控制块 */
static StaticTask_t Timer_Task_TCB;
 
/*
*************************************************************************
*                             函数声明
*************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */

static void LED_Task(void* pvParameters);/* LED_Task任务实现 */

static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 */

/**
	* 使用了静态分配内存，以下这两个函数是由用户实现，函数在task.c文件中有引用
	*	当且仅当 configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 这个宏定义为 1 的时候才有效
	*/
void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer, 
																		StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer, 
																		uint32_t *pulTimerTaskStackSize);

void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer, 
																	 StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer, 
																	 uint32_t *pulIdleTaskStackSize);


/*****************************************************************
  * @brief  主函数
  * @param  无
  * @retval 无
  * @note   第一步：开发板硬件初始化 
            第二步：创建APP应用任务
            第三步：启动FreeRTOS，开始多任务调度
  ****************************************************************/
int main(void)
{	
  /* 开发板硬件初始化 */
  BSP_Init();
  printf("这是一个FreeRTOS-静态创建单任务!\r\n");
   /* 创建 AppTaskCreate 任务 */
	AppTaskCreate_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t	)AppTaskCreate,		//任务函数
															(const char* 	)"AppTaskCreate",		//任务名称
															(uint32_t 		)128,	//任务堆栈大小
															(void* 		  	)NULL,				//传递给任务函数的参数
															(UBaseType_t 	)3, 	//任务优先级
															(StackType_t*   )AppTaskCreate_Stack,	//任务堆栈
															(StaticTask_t*  )&AppTaskCreate_TCB);	//任务控制块   
															
	if(NULL != AppTaskCreate_Handle)/* 创建成功 */
    vTaskStartScheduler();   /* 启动任务，开启调度 */
  
  while(1);   /* 正常不会执行到这里 */    
}

/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： LED_Task
  * @ 功能说明： LED_Task任务主体
  * @ 参数    ：   
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void LED_Task(void* parameter)
{	
    while (1)
    {
        LED1_ON;
        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */
        printf("LED_Task Running,LED1_ON\r\n");
        
        LED1_OFF;     
        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */		 		
        printf("LED_Task Running,LED1_OFF\r\n");
    }
}
/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： AppTaskCreate
  * @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面
  * @ 参数    ： 无  
  * @ 返回值  ： 无
  **********************************************************************/
static void AppTaskCreate(void)
{
  taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区

  /* 创建LED_Task任务 */
	LED_Task_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t	)LED_Task,//任务函数---即任务函数的名称，需要我们自己定义并且实现。
															(const char* 	)"LED_Task",		    //任务名称字符串形式---最大长度由 FreeRTOSConfig.h 中定义的configMAX_TASK_NAME_LEN 宏指定，多余部分会被自动截掉
															(uint32_t 		)128,					      //任务堆栈大小---单位为字，在 32 位的处理器下（STM32），一个字等于 4 个字节，那么任务大小就为 128 * 4 字节。
															(void* 		  	)NULL,				      //传递给任务函数的参数---任务入口函数形参，不用的时候配置为 0 或者 NULL 即可。
															(UBaseType_t 	)4, 				        //任务优先级---优先级范围根据FreeRTOSConfig.h 中的宏configMAX_PRIORITIES 决定， 如果使能 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION，这个宏定义，则最多支持 32 个优先级；如果不用特殊方法查找下一个运行的任务，那么则不强制要求限制最大可用优先级数目。在 FreeRTOS 中， 数值越大优先级越高， 0 代表最低优先级。
															(StackType_t*   )LED_Task_Stack,	//任务堆栈起始地址---只有在使用静态内存的时候才需要提供， 在使用动态内存的时候会根据提供的任务栈大小自动创建。
															(StaticTask_t*  )&LED_Task_TCB);	//任务控制块---在使用静态内存的时候，需要给任务初始化函数 xTaskCreateStatic()传递预先定义好的任务控制块的指针。在使用动态内存的时候，任务创建函数 xTaskCreate()会返回一个指针指向任务控制块，该任务控制块是 xTaskCreate()函数里面动态分配的一块内存。   
	
	if(NULL != LED_Task_Handle)/* 创建成功 */
		printf("LED_Task任务创建成功!\n");
	else
		printf("LED_Task任务创建失败!\n");
	
  vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务
  
  taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}

/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： BSP_Init
  * @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
  * @ 参数    ：   
  * @ 返回值  ： 无
  *********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{
	/*
	 * STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
	 * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
	 * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
	 */
	NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );
	
	/* LED 初始化 */
	LED_GPIO_Config();

	/* 串口初始化	*/
	Debug_USART_Config();
  
}
 /**
  **********************************************************************
  * @brief  获取空闲任务的任务堆栈和任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskTCBBuffer	:		任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskStackBuffer	:	任务堆栈内存
	*					pulTimerTaskStackSize	:		任务堆栈大小
  **********************************************************************
  */ 
void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer, 
								   StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer, 
								   uint32_t *pulIdleTaskStackSize)
{
	*ppxIdleTaskTCBBuffer=&Idle_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */
	*ppxIdleTaskStackBuffer=Idle_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
	*pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;/* 任务堆栈大小 */
}

/**
  *********************************************************************
  * @brief  获取定时器任务的任务堆栈和任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskTCBBuffer	:		任务控制块内存
	*					ppxTimerTaskStackBuffer	:	任务堆栈内存
	*					pulTimerTaskStackSize	:		任务堆栈大小
  **********************************************************************
  */ 
void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer, 
									StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer, 
									uint32_t *pulTimerTaskStackSize)
{
	*ppxTimerTaskTCBBuffer=&Timer_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */
	*ppxTimerTaskStackBuffer=Timer_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
	*pulTimerTaskStackSize=configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;/* 任务堆栈大小 */
}