1. 基础知识
注意:在RTOS中是优先值越高则优先级越高(和ucos/linux的相反)
在移植的时候,主要裁剪FreeRTOS/Source/portable文件夹,该文件夹用来针对不同MCU做的一些处理,如下图所示,我们只需要使用:

 

1.1配置工程时,选择memMang时,一般使用heap_4.c

  • heap_4: 优点在于可以有效的利用内存碎片来合并为一个大内存.缺点在于只能用来一个ram里.
  • heap_5: 一般针对有外部RAM才用到,优点在于可以同时利用内部ram和外部ram来进行内存碎片合并.

最终添加的库文件有:

然后我们在分配释放内存的时候,就尽量使用RTOS带的函数来实现,分配/释放函数如下所示:

void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize );    
void vPortFree( void *pv );

 

 

1.2 添加头文件路径

  • 添加FreeRTOS\include
  • 添加FreeRTOS\portable\RVDS\ARM_CM3
  • 并将原子中的FreeRTOSConfig.h也复制到我们项目的FreeRTOS\include中(用来配置RTOS系统)

 

2. FreeRTOSConfig.h配置介绍
一般会写configXXXXX或者INCLUDE_XXXX类似的宏,这两个宏区别在于:

  • configXXXXX

用来实现不同功能,比如定义configUSE_COUNTING_SEMAPHORES为1时,表示使用计数信号量

 

  • INCLUDE_XXXX

用来是否将某个API函数编译进程序中.
比如定义INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 为1 时,则将会编译xTaskGetSchedulerState()函数,如下图所示:

 

3. FreeRTOS任务状态

3.1 运行态
指当前任务正在运行.
3.2 就绪态
指当前任务正在等待调度,因为有个高优先级/同优先级的任务正在运行中
3.3 阻塞态
当前任务处于等待外部事件通知或通过vTaskDelay()函数进入休眠了,外部事件通知常见有信号量、等待队列、事件标志组、任务通知.
3.4 挂起态
类似于暂停,表示不会再参与任务调度了,通过vTaskSuspend()实现,重新恢复调度则使用xTaskResume()

 

4. FreeRTOS中断配置

 

4.1 回忆stm32 NVIC中断
Stm32可以设置NVIC中断组数为0~4,其中0~4区别在于如下图所示:、

比如我们设置为NVIC_PriorityGroup_4时:
表示抢占优先级为4bit(即为2^4,为0~15个抢占优先级),副优先级为0bit(表示没有).

 

4.2 抢占优先级和副优先级的区别:

  • 1. 抢占优先级和副优先级的值越低,则优先级越高
  • 2. 高的抢占优先级的中断可以直接打断低的抢占优先级的中断
  • 3. 高的副优先级的中断不可以打断低的副优先级的中断(只是两个相同抢占优先级的中断同时来的时候,只会优先选择高的副优先级)

 

4.3 FreeRTOS中断配置宏

  • configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

用来配置中断最低抢占优先级,也就是可以FreeRTOS可以管理的最小抢占优先级,所以使用FreeRTOS时,我们尽量设置stm32为NVIC_PriorityGroup_4,这样就可以管理16个优先级了.

 

  • configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

用来配置FreeRTOS能够安全管理的的最高优先级.比如原子的FreeRTOSConfig.h里就设置为5,而0~4的优先级中断就不会被FreeRTOS因为开关中断而禁止掉(一直都会有),并且不能调用RTOS中的”FromISR”结尾的API函数.

 

  • 如下图所示(来自原子手册):

 

 

4.3 FreeRTOS中断开关函数

portENABLE_INTERRUPTS();    
//开中断,将configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY至 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY之间的优先级中断打开

portDISABLE_INTERRUPTS();    
//关中断,将configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY至 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY之间的优先级中断禁止掉

 

5.任务常用API函数

5.1 xTaskCreate创建任务函数
定义如下:

xTaskCreate(    TaskFunction_t pxTaskCode,     //任务函数,用来供给函数指针调用的
const char * const pcName,              //任务的字符串别名
const uint16_t usStackDepth,             //任务堆栈深度,实际申请到的堆栈是该参数的4倍
void * const pvParameters,               //函数参数,用来供给指针调用的
UBaseType_t uxPriority,                //优先级,越高优先级高,范围为0~configMAX_PRIORITIES-1 
                            //注意优先级0会创建为空闲任务, 优先级configMAX_PRIORITIES-1会创建一个软件定时器服务任务(管理定时器的)
TaskHandle_t * const pxCreatedTask ); //任务句柄,该句柄可以用于挂起/恢复/删除对应的任务

//返回值 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY(-1):表示创建任务堆空间不足pdPASS(1):创建成功

 

5.2 taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()
用于任务中进入/退出临界区,调用taskENTER_CRITICAL()主要会关闭其他任务调度.而taskEXIT_CRITICAL()则会恢复任务调度,一般用于初始化外设等.

5.3 taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()和taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()
用于在中断函数中进入/退出临界区,作用和上面一样

 

5.4 挂起/恢复/删除任务函数

void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend );        //挂起一个任务,参数为挂起任务的句柄,如果为NULL则表示挂起自身任务


void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume );     //恢复一个任务

BaseType_t xTaskResumeFromISR( TaskHandle_t xTaskToResume);//从中断函数中恢复一个任务,返回1表示恢复成功

void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );   //删除一个任务,如果从任务函数中退出的话,则需要调用vTaskDelete(NULL)来删除自身任务

 

 

5.5 vTaskDelay()延时函数

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay );    //参数表示延时的系统滴答数

 

比如延时500ms可以写为: vTaskDelay( 500/portTICK_RATE_MS );
portTICK_RATE_MS是个宏,表示当前系统的1个滴答需要多少ms,而500/portTICK_RATE_MS则表示当前500ms需要多少个系统滴答数.

6. 队列
6.1简介
队列用于任务与任务或者任务与中断之间的通信.比如key任务检测到按键按下时,则可以通过队列向lcd显示任务发送信息,使得lcd切换界面.
队列采用先进先出存储机制.队列发送数据可以有两种方式:浅拷贝、深拷贝.

  • 数据量不大的情况下,都使用深拷贝(会分配新的空间,并进行数据拷贝,缺点在于耗时)
  • 数据量大的情况下,都使用浅拷贝(通过指针方式,前提是要发送的数据必须不会被释放的)

6.2队列的优点
队列可以通过任何任务或者中断进行访问,可以随时存取数据消息.
并且出入队的时候可以进行任务阻塞,比如某个任务进行读消息出队时,如果没有消息,则可以实现进入休眠状态,直到有消息才唤醒任务.

 

6.3队列创建删除相关API

QueueHandle_t xQueueCreate( uxQueueLength, uxItemSize );    
 //动态创建队列,内存会交给RTOS自动分配
 // uxQueueLength:队列长度(表示队列中最大多少条消息),uxItemSize:每个队列消息的长度(以字节为单位)
 //返回值: NULL(0, 表示分配失败),非0(表示返回该队列分配好的地址)
 //注意:使用自动分配时,需要配置configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION宏为1,否则只能由用户来分配.

QueueHandle_t xQueueCreateStatic( uxQueueLength, uxItemSize, pucQueueStorage, pxQueueBuffer ); //静态创建队列,内存需要由用户事先分配好 // uxQueueLength:队列长度(表示队列中最大多少条消息),uxItemSize:每个队列消息的长度(以字节为单位) // pucQueueStorage:指向用户事先分配好的存储区内存(必须为uint8_t型) // pxQueueBuffer:指向队列结构体,用来提供给RTOS初始化.然后给用户使用 //返回值: NULL(0, 表示分配失败),非0(表示返回该队列分配好的地址) vQueueDelete( QueueHandle_t xQueue ); //删除队列,并释放空间 xQueueReset( xQueue ); //将队列里的消息清空一次,也就是恢复初始状态

 

 

6.4队列出入队相关API

xQueueSend( xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait );
//插入队尾,和xQueueSendToBack函数效果一致
// xQueue:队列句柄
//PvItemToQueue:消息数据,会通过数据拷贝到队列中,如果想使用浅拷贝,则可以发送一个变量来存储要真正发送的缓冲区地址即可.
// xTicksToWait:阻塞时间,单位为RTOS时钟滴答值,如果configTICK_RATE_HZ是1000,则填入的值表示阻塞的是多少ms,否则的话需要通过X/portTICK_RATE_MS来转换一下,才能实现阻塞Xms.
//xTicksToWait==0:表示入队满了,则直接退出该函数
// xTicksToWait==portMAX_DELAY:表示一直阻塞,直到队列有空位为止.
//注意: INCLUDE_vTaskSuspend宏必须为1,否则任务无法进入休眠状态实现阻塞效果.
//返回值: errQUEUE_FULL(队列已满) pdPASS(通过)

xQueueSendToFront( xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait ); //插入队头,参数和上面描述一致

xQueueSendToBack( xQueue, pvItemToQueue, xTicksToWait ); //插入队尾,参数和上面描述一致 xQueueOverwrite( xQueue, pvItemToQueue ); //将之前未出队的旧数据全部清空,然后再入队,该函数适用于长度为1的队列 xQueueReceive( xQueue, pvBuffer, xTicksToWait ); //从队列头部读出一个消息,并且这个消息会出队(删除掉) xQueuePeek( xQueue, pvBuffer, xTicksToWait ); //从队列头部读出一个消息,但是这个消息不会出队(不会删除)

 

PS:这些API函数只能用于任务里调用,如果要在中断服务函数中调用,则在函数名后添加FromQueue即可,比如xQueueSendFromQueue()函数

 

6.5示例-伪代码

按键任务向打印任务发送按键消息队列,代码如下:

QueueHandle_t Key_Queue; //按键值消息队列句柄

int main()
{
   //...省略N行代码

   Key_Queue=xQueueCreate(1,sizeof(u8)); //创建消息Key_Queue,长度为1
   
//
创建两个任务:key_task()、print_task() //...省略N行代码 }
key_task()
//获取按键值 {   while(1)   {     key=KEY_Scan(0); //扫描按键     if((Key_Queue!=NULL)&&(key)) //消息队列Key_Queue创建成功,并且按键被按下     {       err=xQueueSend(Key_Queue,&key,10);       if(err==errQUEUE_FULL) //发送按键值       {         printf("队列Key_Queue已满,数据发送失败!\r\n");       }     }     vTaskDelay(10); //延时10个时钟节拍   } } print_task() //打印按键值 {   u8 key;   while(1)   {     if(Key_Queue!=NULL)     {       if(xQueueReceive(Key_Queue,&key,portMAX_DELAY))//请求消息Key_Queue       {         printf("key=%d\r\n",key);       }     }     vTaskDelay(10); //延时10个时钟节拍   } }

 

7. RTOS软件定时器

7.1简介
在之前的任务创建的时候有讲到过,RTOS会自动创建一个优先级configMAX_PRIORITIES-1的软件定时器服务任务(管理定时器的).
所以我们写一个定时器回调函数时,则会被该定时器服务任务调用,所以在我们软件定时器函数中不能使用vTaskDelay()阻塞之类的API函数,否则会将系统中的定时器服务函数给阻塞掉.

 

7.2 FreeRTOSConfig.h相关的定时器配置

#define configUSE_TIMERS 1              //为1时启用软件定时器

#define configTIMER_TASK_PRIORITY 31    //设置软件定时器优先级可设置的值范围为0~31

#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5      //软件定时器队列长度

#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH 200 //设置每个软件定时器任务堆栈大小

 

 

7.3定时创建相关API

TimerHandle_t xTimerCreateStatic(const char * const pcTimerName,    //定时器字符串别名
                    const TickType_t xTimerPeriodInTicks,          
                   //需要定时的周期值,比如通过200/ portTICK_RATE_MS来转换实现定时200毫秒                     const UBaseType_t uxAutoReload,        
                   //是否重载(周期性/单次性),若为pdTRUE(1)表示为周期性,为pdFALSE(0)表示为单次                     void * const pvTimerID,
                    //定时器ID号,一般用于多个定时器共用一个定时器回调函数,否则填0即可                     TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction);//定时器回调函数

 

xTimerDelete( xTimer, xTicksToWait );
//删除定时器
//xTicksToWait:指定该定时器在多少时钟节拍数之前删除掉,为0则立即删除,一般设为100(如果设为0,则如果在该操作之前还有其它设置定时器操作的话,则不会进行阻塞等待,从而返回false)

 

 

7.4 定时器其它常用API

xTimerChangePeriod( xTimer, xNewPeriod, xTicksToWait );
//修改定时器周期,在中断中则使用xTimerChangePeriodFromISR()
// xNewPeriod:要修改的周期值 
//xTicksToWait:指定该定时器在多少时钟节拍数之前修改好,为0则立即删除
//xTimerReset( xTimer, xTicksToWait );
//复位定时器,让定时器重新计数,在中断中则使用xTimerResetFromISR()
// xTicksToWait:和上面内容类似

xTimerStart( xTimer, xTicksToWait );
//启动定时器,如果定时器正在运行的话调用该函数的结果和xTimerReset()一样, 在中断中则使用xTimerResetFromISR ()

xTimerStop( xTimer, xTicksToWait );
//停止定时器, 在中断中则使用xTimerStopFromISR ()

 

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