STM32CubeMX+FreeRTOS學(xué)習(xí)[1]-任務(wù)的創(chuàng)建(Lu

1、寫在前面的話本系列筆記一共七篇，是我個(gè)人學(xué)習(xí)FreeRTOS的實(shí)驗(yàn)筆記。學(xué)習(xí)過程中寫筆記有幾個(gè)好處：一是可以加深自己對(duì)FreeRTOS的理解；二是使學(xué)習(xí)更有成就感。筆記可以作為自己學(xué)習(xí)進(jìn)步和知識(shí)儲(chǔ)備的憑證，當(dāng)然沒人去查，關(guān)鍵是自己真的從中有更多的收獲。在開始學(xué)習(xí)FreeRTOS時(shí)，我就已經(jīng)計(jì)劃寫成筆記并上傳帶百度文庫，希望對(duì)初學(xué)者有所幫助。因?yàn)槲业膶W(xué)習(xí)歷程也非常依賴網(wǎng)絡(luò)資源。本人在學(xué)習(xí)FreeRTOS之前，已經(jīng)學(xué)過C/OS II，也上傳了幾篇學(xué)習(xí)筆記。這兩個(gè)系統(tǒng)非常相似，都是開源的RTOS，但是一個(gè)是免費(fèi)的，另一個(gè)是收費(fèi)的。筆記的主要內(nèi)容就是學(xué)習(xí)FreeRTOS的各種通訊機(jī)制。筆記的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)

2、單，就是通過簡(jiǎn)單的實(shí)例，演示FreeRTOS的各種通訊機(jī)制的使用方法。跟隨本筆記學(xué)習(xí)完，能夠做到以下幾點(diǎn)即可：1.了解FreeRTOS程序的基本架構(gòu)；2.能夠理解和應(yīng)用信號(hào)量、消息隊(duì)列、郵箱隊(duì)列等相關(guān)知識(shí)。特別說明：本筆記以STM32為平臺(tái)，任何STM32平臺(tái)都可以。所有例程只用到簡(jiǎn)單的硬件資源：最小系統(tǒng)的資源，LED輸出，UART輸出。為了開發(fā)簡(jiǎn)單，本筆記的例程全部使用STM32Cube配置生成，只需要添加很少的代碼。如果不熟悉STM32Cube的使用，也沒關(guān)系。只要在網(wǎng)上下載安裝STM32CubeMX和相應(yīng)芯片的支持包，然后跟著筆記的步驟操作即可，該筆記沒有省略任何步驟。要學(xué)習(xí)STM32C

3、ube，可到ST社區(qū)論壇/module/forum/forum.php，搜索STM32Cube，即可查看相關(guān)帖子。其中比較詳細(xì)和全面的是微雪電子發(fā)布的帖子。重要參考資料：FreeRTOS實(shí)時(shí)內(nèi)核實(shí)用指南.pdf (由Zou Changjun翻譯并分享)，建議學(xué)習(xí)者先通讀一遍該文檔，這是翻譯自FreeRTOS作者Richard Barry于2009年發(fā)布的手冊(cè)。最新最詳細(xì)的資料當(dāng)然是官網(wǎng)發(fā)布的信息。由于本人水平有限，錯(cuò)漏難免，歡迎指正，謝謝！S.D.Lu于 深圳2016年8月E-mail:FreeRTOS學(xué)習(xí)之一：

4、任務(wù)的創(chuàng)建前提：默認(rèn)已經(jīng)裝好MDK V5和STM32CubeMX，并安裝了STM32F1xx系列的支持包。硬件平臺(tái)：STM32F1xx系列。目的：學(xué)習(xí)FreeRTOS任務(wù)的創(chuàng)建。創(chuàng)建任務(wù)是使用FreeRTOS的必要步驟，本文通過實(shí)例描述怎樣使用STM32CubeMX配置創(chuàng)建FreeRTOS的任務(wù)。本文例子將創(chuàng)建兩個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)分別控制一個(gè)LED的閃爍。Step1.打開STM32CubeMX，點(diǎn)擊“New Project”，選擇芯片型號(hào)，STM32F103RBTx。Step2.配置時(shí)鐘引腳。Step3.配置PA8和PD2為Output，并把用戶標(biāo)簽分別改為L(zhǎng)ED0，LED1。Step4.使能F

5、reeRTOS。Step5.配置時(shí)鐘樹。8M輸入時(shí)，通過PLL得到72M內(nèi)部時(shí)鐘。Step6.配置FreeRTOS。Config parameters選項(xiàng)卡中是配置參數(shù)，其中列出了FreeRTOS的可配置參數(shù)，對(duì)應(yīng)于FreeRTOSConfig.h文件中的配置參數(shù)。Include parameters選項(xiàng)卡的參數(shù)則是用來配置裁剪FreeRTOS的。Tasks and Queues用于添加任務(wù)和隊(duì)列。默認(rèn)配置了一個(gè)名為defaultTask的任務(wù)，其優(yōu)先級(jí)為普通，任務(wù)堆棧大小為128字，任務(wù)函數(shù)名為StartDefaultTask。雙擊藍(lán)色的地方，彈出對(duì)話框，將任務(wù)名修改為Task_LED0，將

6、任務(wù)函數(shù)名修改為Func_LED0。點(diǎn)擊Add按鈕，增加一個(gè)任務(wù)Task_LED1，優(yōu)先級(jí)設(shè)置為Normal，函數(shù)名為Func_LED1。需要注意的是，STM32Cube對(duì)FreeRTOS進(jìn)行了一些修改，比如優(yōu)先級(jí)只有7個(gè)，如下圖。Timers and Semaphores是添加軟件定時(shí)器和信號(hào)量的選項(xiàng)。注：該步驟中，除了添加任務(wù)，其他的都使用默認(rèn)參數(shù)。Step7.生成代碼。這時(shí)候會(huì)彈出一個(gè)警告。原因是FreeRTSO使用了Systick作為時(shí)鐘節(jié)拍，而HAL庫也使用了Systick作為HAL_Delay()和各種timeout的時(shí)鐘基準(zhǔn)。因此需要將HAL的時(shí)鐘基準(zhǔn)改為其他TIMER。一般使用

7、一個(gè)基本定時(shí)器。點(diǎn)擊“No”按鈕，然后在Pinout設(shè)置頁面選擇時(shí)基源為TIM4再次點(diǎn)擊代碼生成按鈕，等完成后直接打開工程。工程基本組織結(jié)構(gòu)如下圖，其中Application/User組中的文件是用戶可以修改的，而其他組中的文件一般不進(jìn)行修改。Step8.分析程序結(jié)構(gòu)。在進(jìn)入main函數(shù)之前，先定義了兩個(gè)變量，聲明了幾個(gè)函數(shù)。再看main函數(shù)。將main函數(shù)整理，刪除很多注釋之后，得到下圖所示內(nèi)容。其中第部分，是硬件配置；第部分，創(chuàng)建兩個(gè)線程(或稱任務(wù))；第部分，啟動(dòng)調(diào)度器。這就是程序的基本結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)調(diào)度器后，程序就由FreeRTOS的調(diào)度器管理了，將會(huì)被執(zhí)行的是兩個(gè)已經(jīng)創(chuàng)建的任務(wù)函數(shù)Func

8、_LED0和Func_LED1，后面的while(1)是不會(huì)執(zhí)行到的。Step9.添加代碼。在main.c文件中，找到前面配置添加的兩個(gè)任務(wù)函數(shù)，F(xiàn)unc_LED0和Func_LED1，然后在里面分別添加LED0和LED1的控制代碼。Step10.編譯下載運(yùn)行。LED0和LED1分別閃爍，LED0閃爍周期是1秒，LED1的周期是2秒。程序分析：1.分析語句：osThreadDef(Task_LED0, Func_LED0, osPriorityNormal, 0, 128);osThreadDef()并不是一個(gè)函數(shù)，而是一個(gè)宏。其定義在cmsis_os.h文件中，作用是定義一個(gè)osThread

9、Def_t結(jié)構(gòu)體。在cmsis_os.h文件中，osThreadDef_t結(jié)構(gòu)體的定義如下：因此，將osThreadDef(Task_LED0, Func_LED0, osPriorityNormal, 0, 128);展開結(jié)果就是const osThreadDef_t os_thread_def_Task_LED0 = Task_LED0, (Func_LED0), (osPriorityNormal), (0), (128) ;即，定義了一個(gè)名為os_thread_def_Task_LED0的osThreadDef_t類型結(jié)構(gòu)體，并賦值給各個(gè)成員變量。2.分析語句：Task_LED0Han

10、dle = osThreadCreate(osThread(Task_LED0), NULL);同樣的，osThread()也是一個(gè)宏定義，在cmsis_os.h文件中可查到。osThread(Task_LED0)展開的結(jié)果就是 &os_thread_def_ Task_LED0。因此，將Task_LED0Handle = osThreadCreate(osThread(Task_LED0), NULL);展開結(jié)果就是 Task_LED0Handle = osThreadCreate(&os_thread_def_Task_LED0, NULL);所以上面分析的兩句話，其過程就是定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體

11、變量，然后將結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)傳遞給osThreadCreate()函數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)。3.分析osThreadCreate()函數(shù)。查看其源碼，可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)函數(shù)實(shí)際上調(diào)用了xTaskCreate()函數(shù)，這才是原生FreeRTOS的API函數(shù)。STM32CubeMX的工程師根據(jù)CMSIC接口標(biāo)準(zhǔn)對(duì)FreeRTOS的API函數(shù)進(jìn)行了二次封裝，使用戶開發(fā)更加容易。封裝后的函數(shù)接口都放在cmsis_os.h文件中。其實(shí)，在開發(fā)過程中，不需要像上面的分析過程那樣，將函數(shù)或者宏定義展開進(jìn)行詳細(xì)分析。我們知道每個(gè)接口參數(shù)的意義，并會(huì)使用該接口就行了。附加內(nèi)容：FreeRTOS任務(wù)調(diào)度策略探討本例中的兩個(gè)任

12、務(wù)函數(shù)Func_LED0和Func_LED1，他們實(shí)際占用CPU的時(shí)間很少，在調(diào)用osDelay()函數(shù)之后，它們就進(jìn)入阻塞狀態(tài)了，它們?cè)诘却岸〞r(shí)時(shí)間到”事件。在用戶任務(wù)都進(jìn)入阻塞狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行的是空閑任務(wù)。空閑任務(wù)是啟動(dòng)調(diào)度器時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建的。本例中，兩個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是一樣的，都是osPriorityNormal。但是由于調(diào)用了osDelay()函數(shù)，它們進(jìn)入阻塞狀態(tài)時(shí)就讓出了CPU的使用權(quán)。因此，兩個(gè)任務(wù)看上去就像并行執(zhí)行的一樣。如果把其中的一任務(wù)的優(yōu)先級(jí)設(shè)置成osPriorityLow或者osPriorityHigh，讓兩個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，會(huì)怎樣呢？結(jié)果是，運(yùn)行起來還是像并行執(zhí)行的一樣。我們都知道，如果兩個(gè)就緒的任務(wù)優(yōu)先級(jí)不同，那么優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)得到運(yùn)行。那么，如果兩個(gè)就緒任務(wù)優(yōu)先級(jí)相同，且一直處于就緒狀態(tài)，那么在FreeRTOS中將如何運(yùn)行呢？下面將通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)其運(yùn)行過程。寫一個(gè)用for循環(huán)實(shí)現(xiàn)的延時(shí)函數(shù)： 然后在任務(wù)中替代原來的osDelay()函數(shù)函數(shù)。這樣，兩個(gè)任務(wù)會(huì)一直處于可運(yùn)行的狀態(tài)，因?yàn)樗麄儭翱偸怯惺虑橐觥薄).如果兩個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，則運(yùn)行結(jié)果是：只有優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)得到運(yùn)行