STM32 Freertos

FreeRTOS——任务间使用队列同步数据

在嵌入式操作系统中队列是任务间数据交换的常用手段
参考代码中存在两个任务，任务A和任务B。任务A扮演生产者的角色，任务A不断地向队列中填充内容，填充的内容为一个int16_t类型的变量，填充完之后该变量累加；任务B扮演消费者的角色，任务B不断的从队列中提取内容，并通过串口打印

/* Standard includes. */
#include 
#include 
/* Scheduler includes. */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
/* Library includes. */
#include "stm32f10x.h"
#define LED0_ON() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
#define LED0_OFF() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
/* 队列句柄 */
xQueueHandle MsgQueue;
static void prvSetupHardware( void );
void TaskA( void *pvParameters );
void TaskB( void *pvParameters );
void LedInit(void);
void UART1Init( void );
int main( void )
{
    /* 初始化硬件平台 */
    prvSetupHardware();
   
    /* 建立队列 */
    MsgQueue = xQueueCreate( 5 , sizeof( int16_t ) );
    /* 建立任务 */
    xTaskCreate( TaskA, ( signed portCHAR * ) "TaskA", configMINIMAL_STACK_SIZE,
                            NULL, tskIDLE_PRIORITY+3, NULL );
    xTaskCreate( TaskB, ( signed portCHAR * ) "TaskB", configMINIMAL_STACK_SIZE,
                            NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL );
    /* 启动OS */
    vTaskStartScheduler();
   
    return 0;
}
/*-----------------------------------------------------------*/
void TaskA( void *pvParameters )
{
    int16_t SendNum = 1;
    for( ;; )
    {
        vTaskDelay( 2000/portTICK_RATE_MS );
        /* 向队列中填充内容 */
        xQueueSend( MsgQueue, ( void* )&SendNum, 0 );
        SendNum++;
    }
}
void TaskB( void *pvParameters )
{
    int16_t ReceiveNum = 0;
    for( ;; )
    {
        /* 从队列中获取内容 */
        if( xQueueReceive( MsgQueue, &ReceiveNum, 100/portTICK_RATE_MS ) == pdPASS)
        {
            printf("ReceiveNum:%d\r\n",ReceiveNum);
        }
    }
}
static void prvSetupHardware( void )
{
    LedInit();
    UART1Init();
}
void LedInit( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
    /*LED0 @ GPIOB.5*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );
}
void UART1Init( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
   
    /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
   
    /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
   
    /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
   
    /* 第4步：配置USART1参数 */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
   
    /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 写一个字节到USART1 */
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
    /* 等待发送结束 */
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {}
    return ch;
}

总结

1. xQueueHandle MsgQueue; 声明一个队列句柄，队列句柄可以理解成一个队列的标记，不同的队列具有不同的标记
2. MsgQueue = xQueueCreate( 5 , sizeof( int16_t ) );
   创建队列，即在内容中开辟固定大小的区域。FreeRTOS中需指定队列的深度和每个元素的字节长度，如果队列的深度为1那么便和uCOS的消息邮箱用法相似。
3. xQueueSend( MsgQueue, ( void* )&SendNum, 0 );
   向队列中填充内容，第二参数需要取出地址并进行类型转换，第三个参数设置等待时间，在队列满的情况下再往队列中填充内容的话便会阻塞任务，直到等待时间溢出；若此处填充的内容为0的话，则立即返回插入队列结果（成功或失败）
4. xQueueReceive( MsgQueue, &ReceiveNum, 100/portTICK_RATE_MS )
   从队列中取出内容，第二个参数需要取出地址，第三个参数为等待最大时间，若在等待的时间内队列中没有数据则返回阻塞任务。

FreeRTOS学习笔记——二值型信号量

在嵌入式操作系统中二值型信号量是任务间、任务与中断间同步的重要手段。FreeRTOS的二值型信号量简单易用，下面结合一个具体例子说明FreeRTOS中的二值型信号量如何使用。 示例代码具有一个128字节的串口接收缓冲区，在串口中断中把接收到的字符存入缓冲区中，一旦接收到回车换行符(\r\n)，便通过xSemaphoreGiveFromISR把信号量置“满”，打印任务中使用xSemaphoreTake实现于中断接收函数的同步，xSemaphoreTake把任务挂起，一旦查询到信号量为“满”，通过串口打印结束到的内容，并清空缓冲区

/* Standard includes. */
#include 
#include 
 
/* Scheduler includes. */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"
 
/* Library includes. */
#include "stm32f10x.h"
 
#define LED0_ON()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
#define LED0_OFF()  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
 
static void Setup(void);
static void PrintTask(void *pvParameters);
 
void LedInit(void);
void UART1Init(void);
 
uint8_t RxBuffer[128];
__IO uint8_t RxCounter = 0;
 
SemaphoreHandle_t xSemaphore;
 
int main(void)
{
    /* 初始化硬件平台 */
    Setup();
    
    /* 创建信号量 */
    xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
    /* 建立Print任务 */
    xTaskCreate(PrintTask, "Print Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL);
    /* 启动OS */
    vTaskStartScheduler();
    
    return 0;
}
 
void PrintTask(void *pvParameters)
{
    for(;;)
    {
        if( xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY ) == pdTRUE )
        {
            printf("receive:%s", RxBuffer);
            memset(RxBuffer, 0x00, 128);
            RxCounter = 0;
        }
    }
}
 
static void Setup( void )
{
    LedInit();
    UART1Init();
}
 
void LedInit( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
    /*LED0 @ GPIOB.5*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );    
}
 
void UART1Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    
    /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 第4步：配置USART1参数
    波特率   = 9600
    数据长度 = 8
    停止位   = 1
    校验位   = No
    禁止硬件流控(即禁止RTS和CTS)
    使能接收和发送
    */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    
    /* 清除发送完成标志 */
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
    
    /* 使能USART1发送中断和接收中断，并设置优先级 */
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    /* 设定USART1 中断优先级 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    /* 使能接收中断 */
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); 
}
 
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 写一个字节到USART1 */
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
    /* 等待发送结束 */
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {}
    return ch;
}
 
void USART1_IRQHandler(void)
{
    static BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
    
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
    {
        RxBuffer[RxCounter++] = USART_ReceiveData(USART1);
        if (RxCounter > 2 && RxBuffer[RxCounter-2] == '\r' && RxBuffer[RxCounter-1] == '\n') {
            // 在中断中发送信号量
            xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
        }
    }
    
    portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );
}

总结：

1. xSemaphoreHandle xSemaphore;
   信号量句柄，二值型信号量、数值型信号量和互斥型信号量均使用xSemaphoreHandle 类型声明

2. xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
   创建信号量

3. xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
   在中断中发送信号量，以FromISR结尾的函数具有保护功能，

4. 如果在任务中发送信号量可使用xSemaphoreGive。

5. xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
   等待信号量，等待时间为最大等待时间，如果信号量为“空”任务会处于挂起状态。

6. 使用xSemaphoreCreateBinary()创建的信号量初始值为"空"。
   中断中发送信号量尽量使用XXXXFromISR。

7. 某中断的优先级数值应大于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY。

FreeRTOS——互斥型信号量

在嵌入式操作系统中互斥型信号量是任务间资源保护的重要手段。互斥型信号量的使用方法如图1所示。在多数情况下，互斥型信号量和二值型信号非常相似，但是从功能上二值型信号量用于同步，而互斥型信号量用于资源保护。互斥型信号量和二值型信号量还有一个最大的区别，互斥型信号量可以有效解决优先级反转现象。
本例具有两个任务，两个任务都试图通过串口打印内容，此时串口就好比一个“资源”，某个任务使用串口资源时必须保护该资源，使用完串口之后在释放资源。保护和释放动作便对应互斥型信号量的两个基本操作，

/* Standard includes. */
#include 
#include 
 
/* Scheduler includes. */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"
 
/* Library includes. */
#include "stm32f10x.h"
 
#define LED0_ON()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
#define LED0_OFF()  GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
 
static void Setup(void);
void TaskA( void *pvParameters );
void TaskB( void *pvParameters );
 
void LedInit(void);
void UART1Init(void);
 
/* 互斥信号量句柄 */
SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;
 
int main(void)
{
    /* 初始化硬件平台 */
    Setup();
    /* 创建互斥信号量 */
    xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();
    /* 建立任务 */
    xTaskCreate( TaskA, "TaskA", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+3, NULL );
    xTaskCreate( TaskB, "TaskB", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL );
    /* 启动OS */
    vTaskStartScheduler();
    
    return 0;
}
 
void TaskA( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
        {
            printf("Task A\r\n");
        }
        xSemaphoreGive( xSemaphore );
        vTaskDelay( 2000/portTICK_RATE_MS );
    }
}
 
void TaskB( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
        {
            printf("Task B\r\n");
        }
        xSemaphoreGive( xSemaphore );
        vTaskDelay( 1000/portTICK_RATE_MS );
    }
}
 
static void Setup( void )
{
    LedInit();
    UART1Init();
}
 
void LedInit( void )
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );
    /*LED0 @ GPIOB.5*/
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );    
}
 
void UART1Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    /* 第1步：打开GPIO和USART时钟 */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    
    /* 第2步：将USART1 Tx@PA9的GPIO配置为推挽复用模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 第3步：将USART1 Rx@PA10的GPIO配置为浮空输入模式 */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* 第4步：配置USART1参数
    波特率   = 9600
    数据长度 = 8
    停止位   = 1
    校验位   = No
    禁止硬件流控(即禁止RTS和CTS)
    使能接收和发送
    */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    /* 第5步：使能 USART1， 配置完毕 */
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
    
    /* 清除发送完成标志 */
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
    
    /* 使能USART1发送中断和接收中断，并设置优先级 */
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    // NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
    /* 设定USART1 中断优先级 */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY; 
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    /* 使能接收中断 */
    // USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); 
}
 
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 写一个字节到USART1 */
    USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch);
    /* 等待发送结束 */
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET)
    {}
    return ch;
}

总结

SemaphoreHandle_t xSemaphore = NULL;
申明互斥型信号量，在FreeRTOS中二值型信号量和互斥型信号量类型完全相同。
xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();
创建互斥型信号量。
xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
获得资源的使用权，此处的等待时间为portMAX_DELAY（挂起最大时间），如果任务无法获得资源的使用权，任务会处于挂起状态。
xSemaphoreGive( xSemaphore );
释放资源的使用权。