发 帖  
原厂入驻New
[资料] 「ALIENTEK 阿波罗 STM32F767 开发板资料连载」第六十八章 UCOSII 实验 2-信号量和邮箱
2020-5-25 11:37:16  335 STM32
分享
1)实验平台:alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2)摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号,获取更多资料:正点原子




上一章,我们学习了如何使用 UCOSII,学习了 UCOSII 的任务调度,但是并没有用到任务
间的同步与通信,本章我们将学习两个最基本的任务间通讯方式:信号量和邮箱。本章分为如
下几个部分:
68.1 UCOSII 信号量和邮箱简介
68.2 硬件设计
68.3 软件设计
68.4 下载验证
68.1 UCOSII 信号量和邮箱简介
系统中的多个任务在运行时,经常需要互相无冲突地访问同一个共享资源,或者需要互相
支持和依赖,甚至有时还要互相加以必要的限制和制约,才保证任务的顺利运行。因此,操作
系统必须具有对任务的运行进行协调的能力,从而使任务之间可以无冲突、流畅地同步运行,
而不致导致灾难性的后果。
例如,任务 A 和任务 B 共享一台打印机,如果系统已经把打印机分配给了任务 A,则任务
B 因不能获得打印机的使用权而应该处于等待状态,只有当任务 A 把打印机释放后,系统才能
唤醒任务 B 使其获得打印机的使用权。如果这两个任务不这样做,那么会造成极大的混乱 。
任务间的同步依赖于任务间的通信。在 UCOSII 中,是使用信号量、邮箱(消息邮箱)和
消息队列这些被称作事件的中间环节来实现任务之间的通信的。本章,我们仅介绍信号量和邮
箱,消息队列将会在下一章介绍。
事件
两个任务通过事件进行通讯的示意图如图 68.1.1 所示:



图 68.1.1 两个任务使用事件进行通信的示意图
在图 68.1.1 中任务 1 是发信方,任务 2 是收信方。任务 1 负责把信息发送到事件上,这项
操作叫做发送事件。任务 2 通过读取事件操作对事件进行查询:如果有信息则读取,否则等待。
读事件操作叫做请求事件。
为了把描述事件的数据结构统一起来,UCOSII 使用叫做事件控制块(ECB)的数据结构来描
述诸如信号量、邮箱(消息邮箱)和消息队列这些事件。事件控制块中包含包括等待任务表在
内的所有有关事件的数据,事件控制块结构体定义如下:
  1. typedef struct

  2. {

  3. INT8U OSEventType;

  4. //事件的类型

  5. INT16U OSEventCnt;

  6. //信号量计数器

  7. void *OSEventPtr;

  8. //消息或消息队列的指针

  9. INT8U OSEventGrp;

  10. //等待事件的任务组

  11. INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];//任务等待表

  12. #IF OS_EVENT_NAME_EN > 0u

  13. INT8U *OSEventName;

  14. //事件名

  15. #endif

  16. } OS_EVENT;
复制代码

信号量
信号量是一类事件。使用信号量的最初目的,是为了给共享资源设立一个标志,该标志表
示该共享资源的占用情况。这样,当一个任务在访问共享资源之前,就可以先对这个标志进行
查询,从而在了解资源被占用的情况之后,再来决定自己的行为。
信号量可以分为两种:一种是二值型信号量,另外一种是 N 值信号量。
二值型信号量好比家里的座机,任何时候,只能有一个人占用。而 N 值信号量,则好比公
共电话亭,可以同时有多个人(N 个)使用。
UCOSII 将二值型信号量称之为也叫互斥型信号量,将 N 值信号量称之为计数型信号量,
也就是普通的信号量。本章,我们介绍的是普通信号量,互斥型信号量的介绍,请参考《嵌入
式实时操作系统 UCOSII 原理及应用》5.4 节。
接下来我们看看在 UCOSII 中,与信号量相关的几个函数(未全部列出,下同)。
1) 创建信号量函数
在使用信号量之前,我们必须用函数 OSSemCreate 来创建一个信号量,该函数的原型
为:
OS_EVENT *OSSemCreate (INT16U cnt);
该函数返回值为已创建的信号量的指针,而参数 cnt 则是信号量计数器(OSEventCnt)
的初始值。
2) 请求信号量函数
任务通过调用函数 OSSemPend 请求信号量,该函数原型如下:
void OSSemPend ( OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err);
其中,参数 pevent 是被请求信号量的指针,timeout 为等待时限,err 为错误信息。
为防止任务因得不到信号量而处于长期的等待状态,函数 OSSemPend 允许用参数
timeout 设置一个等待时间的限制,当任务等待的时间超过 timeout 时可以结束等待状态而
进入就绪状态。如果参数 timeout 被设置为 0,则表明任务的等待时间为无限长。
3) 发送信号量函数
任务获得信号量,并在访问共享资源结束以后,必须要释放信号量,释放信号量也叫
做发送信号量,发送信号通过 OSSemPost 函数实现 。OSSemPost 函数在对信号量的计数
器操作之前,首先要检查是否还有等待该信号量的任务。如果没有,就把信号量计数器
OSEventCnt 加一;如果有,则调用调度器 OS_Sched( )去运行等待任务中优先级别最高的
任务。函数 OSSemPost 的原型为:
INT8U OSSemPost(OS_EVENT *pevent);
其中,pevent 为信号量指针,该函数在调用成功后,返回值为 OS_ON_ERR,否则会
根据具体错误返回 OS_ERR_EVENT_TYPE、OS_SEM_OVF。
4) 删除信号量函数
应用程序如果不需要某个信号量了,那么可以调用函数 OSSemDel 来删除该信号量,
该函数的原型为:
OS_EVENT *OSSemDel (OS_EVENT *pevent,INT8U opt, INT8U *err);
其中,pevent 为要删除的信号量指针,opt 为删除条件选项,err 为错误信息。
邮箱
在多任务操作系统中,常常需要在任务与任务之间通过传递一个数据(这种数据叫做“消息”)的方式来进行通信。为了达到这个目的,可以在内存中创建一个存储空间作为该数据的
缓冲区。如果把这个缓冲区称之为消息缓冲区,这样在任务间传递数据(消息)的最简单办法
就是传递消息缓冲区的指针。我们把用来传递消息缓冲区指针的数据结构叫做邮箱(消息邮箱)。
在 UCOSII 中,我们通过事件控制块的 OSEventPrt 来传递消息缓冲区指针,同时使事件控
制块的成员 OSEventType 为常数 OS_EVENT_TYPE_MBOX,则该事件控制块就叫做消息邮箱。
接下来我们看看在 UCOSII 中,与消息邮箱相关的几个函数。
1) 创建邮箱函数
创建邮箱通过函数 OSMboxCreate 实现,该函数原型为:
OS_EVENT *OSMboxCreate (void *msg);
函数中的参数 msg 为消息的指针,函数的返回值为消息邮箱的指针。
调用函数 OSMboxCreate 需先定义 msg 的初始值。在一般的情况下,这个初始值为
NULL;但也可以事先定义一个邮箱,然后把这个邮箱的指针作为参数传递到函数
OSMboxCreate 中,使之一开始就指向一个邮箱。
2) 向邮箱发送消息函数
任务可以通过调用函数 OSMboxPost 向消息邮箱发送消息,这个函数的原型为:
INT8U OSMboxPost (OS_EVENT *pevent,void *msg);
其中 pevent 为消息邮箱的指针,msg 为消息指针。
3) 请求邮箱函数
当一个任务请求邮箱时需要调用函数 OSMboxPend,这个函数的主要作用就是查看邮
箱指针 OSEventPtr 是否为 NULL,如果不是 NULL 就把邮箱中的消息指针返回给调用函数
的任务,同时用 OS_NO_ERR 通过函数的参数 err 通知任务获取消息成功;如果邮箱指针
OSEventPtr 是 NULL,则使任务进入等待状态,并引发一次任务调度。
函数 OSMboxPend 的原型为:
void *OSMboxPend (OS_EVENT *pevent, INT16U timeout, INT8U *err);
其中 pevent 为请求邮箱指针,timeout 为等待时限,err 为错误信息。
4) 查询邮箱状态函数
任务可以通过调用函数 OSMboxQuery 查询邮箱的当前状态。该函数原型为:
INT8U OSMboxQuery(OS_EVENT *pevent,OS_MBOX_DATA *pdata);
其中 pevent 为消息邮箱指针,pdata 为存放邮箱信息的结构。
5) 删除邮箱函数
在邮箱不再使用的时候,我们可以通过调用函数 OSMboxDel 来删除一个邮箱,该函
数原型为:
OS_EVENT *OSMboxDel(OS_EVENT *pevent,INT8U opt,INT8U *err);
其中 pevent 为消息邮箱指针,opt 为删除选项,err 为错误信息。
关于 UCOSII 信号量和邮箱的介绍,就到这里。更详细的介绍,请参考《嵌入式实时操作
系统 UCOSII 原理及应用》第五章。
68.2 硬件设计
本节实验功能简介:本章我们在 UCOSII 里面创建 6 个任务:开始任务、LED 任务、触摸
屏任务、蜂鸣器任务、按键扫描任务和主任务,开始任务用于创建信号量、创建邮箱、初始化
统计任务以及其他任务的创建,之后挂起;LED 任务用于 DS0 控制,提示程序运行状况;蜂
鸣器任务用于测试信号量,是请求信号量函数,每得到一个信号量,蜂鸣器就叫一次;触摸屏
任务用于在屏幕上画图,可以用于测试 CPU 使用率;按键扫描任务用于按键扫描,优先级最高,将得到的键值通过消息邮箱发送出去;主任务则通过查询消息邮箱获得键值,并根据键值
执行 DS1 控制、信号量发送(蜂鸣器控制)、触摸区域清屏和触摸屏校准等控制。
所要用到的硬件资源如下:
1) 指示灯 DS0 、DS1
2) 4 个按键(KEY0/KEY1/KEY2/KEY_UP)
3) PCF8574(控制蜂鸣器)
4) LCD 模块
这些,我们在前面的学习中都已经介绍过了。
68.3 软件设计
本章,我们在第三十六章实验 (实验 31 )的基础上修改。首先,是 UCOSII 代码的添加,
具体方法同上一章一模一样,本章就不再详细介绍了。
在加入 UCOSII 代码后,我们只需要修改 main.c 函数了,打开 main.c,输入如下代码:
  1. /////////////////////////UCOSII 任务设置///////////////////////////////////

  2. //START 任务

  3. #define START_TASK_PRIO

  4. 10

  5. //设置任务优先级

  6. #define START_STK_SIZE

  7. 128

  8. //设置任务堆栈大小

  9. OS_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];

  10. //任务堆栈

  11. void start_task(void *pdata);

  12. //任务函数

  13. //触摸屏任务

  14. #define TOUCH_TASK_PRIO

  15. 7

  16. //设置任务优先级

  17. #define TOUCH_STK_SIZE

  18. 128

  19. //设置任务堆栈大小

  20. OS_STK TOUCH_TASK_STK[TOUCH_STK_SIZE];

  21. //任务堆栈

  22. void touch_task(void *pdata);

  23. //任务函数

  24. //LED 任务

  25. #define LED_TASK_PRIO

  26. 6

  27. //设置任务优先级

  28. #define LED_STK_SIZE

  29. 128

  30. //设置任务堆栈大小

  31. OS_STK LED_TASK_STK[LED_STK_SIZE];

  32. //任务堆栈

  33. void led_task(void *pdata);

  34. //任务函数

  35. //蜂鸣器任务

  36. #define BEEP_TASK_PRIO

  37. 5

  38. //设置任务优先级

  39. #define BEEP_STK_SIZE

  40. 128

  41. //设置任务堆栈大小

  42. OS_STK BEEP_TASK_STK[BEEP_STK_SIZE];

  43. //任务堆栈

  44. void beep_task(void *pdata);

  45. //任务函数

  46. //主任务

  47. #define MAIN_TASK_PRIO

  48. 4

  49. //设置任务优先级

  50. #define MAIN_STK_SIZE

  51. 128

  52. //设置任务堆栈大小

  53. OS_STK MAIN_TASK_STK[MAIN_STK_SIZE];

  54. //任务堆栈

  55. void main_task(void *pdata);

  56. //任务函数

  57. //按键扫描任务

  58. #define KEY_TASK_PRIO

  59. 3

  60. //设置任务优先级

  61. #define KEY_STK_SIZE

  62. 128

  63. //设置任务堆栈大小

  64. OS_STK KEY_TASK_STK[KEY_STK_SIZE];

  65. //任务堆栈

  66. void key_task(void *pdata); //任务函数
  67. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  68. OS_EVENT * msg_key; //按键邮箱事件块指针
  69. OS_EVENT * sem_beep; //蜂鸣器信号量指针
  70. //加载主界面
  71. void ucos_load_main_ui(void)
  72. {
  73. …//此处省略函数定义
  74. }
  75. int main(void)
  76. {
  77. Cache_Enable(); //打开 L1-Cache
  78. HAL_Init(); //初始化 HAL 库
  79. Stm32_clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz
  80. delay_init(216); //延时初始化
  81. uart_init(115200); //串口初始化
  82. LED_Init(); //初始化 LED
  83. KEY_Init(); //初始化按键
  84. PCF8574_Init(); //初始化 PCF8574
  85. SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM
  86. LCD_Init(); //初始化 LCD
  87. tp_dev.init(); //初始化触摸屏
  88. ucos_load_main_ui(); //加载主界面
  89. OSInit(); //UCOS 初始化
  90. OSTaskCreateExt((void(*)(void*) )start_task, //任务函数
  91. (void* )0, //传递给任务函数的参数
  92. (OS_STK* )&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],
  93. //任务堆栈栈顶
  94. (INT8U )START_TASK_PRIO, //任务优先级
  95. (INT16U )START_TASK_PRIO, //任务 ID,这里设置为
  96. //和优先级一样
  97. (OS_STK* )&START_TASK_STK[0], //任务堆栈栈底
  98. (INT32U )START_STK_SIZE, //任务堆栈大小
  99. (void* )0, //用户补充的存储区
  100. (INT16U ) OS_TASK_OPT_STK_CHK|\
  101. OS_TASK_OPT_STK_CLR|\
  102. OS_TASK_OPT_SAVE_FP);//任务选项
  103. OSStart(); //开始任务
  104. }
  105. //画水平线
  106. //x0,y0:坐标 len:线长度 color:颜色
  107. void gui_draw_hline(u16 x0,u16 y0,u16 len,u16 color)
  108. { …//此处省略函数定义}
  109. //画实心圆
  110. //x0,y0:坐标 r:半径 color:颜色
  111. void gui_fill_circle(u16 x0,u16 y0,u16 r,u16 color)
  112. {
  113. …//此处省略函数定义
  114. }
  115. //两个数之差的绝对值
  116. //x1,x2:需取差值的两个数
  117. //返回值:|x1-x2|
  118. u16 my_abs(u16 x1,u16 x2)
  119. {
  120. if(x1>x2)return x1-x2;
  121. else return x2-x1;
  122. }
  123. //画一条粗线
  124. //(x1,y1),(x2,y2):线条的起始坐标 size:线条的粗细程度 color:线条的颜色
  125. void lcd_draw_bline(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2,u8 size,u16 color)
  126. { …//此处省略函数定义
  127. }
  128. void start_task(void *pdata)
  129. {
  130. OS_CPU_SR cpu_sr=0;
  131. pdata=pdata;
  132. msg_key=OSMboxCreate((void*)0); //创建消息邮箱
  133. sem_beep=OSSemCreate(0); //创建信号量
  134. OSStatInit(); //开启统计任务
  135. OS_ENTER_CRITICAL(); //进入临界区(关闭中断)
  136. //触摸任务
  137. OSTaskCreateExt((void(*)(void*) )touch_task,
  138. (void* )0,
  139. (OS_STK* )&TOUCH_TASK_STK[TOUCH_STK_SIZE-1],
  140. (INT8U )TOUCH_TASK_PRIO,
  141. (INT16U )TOUCH_TASK_PRIO,
  142. (OS_STK* )&TOUCH_TASK_STK[0],
  143. (INT32U )TOUCH_STK_SIZE,
  144. (void* )0,
  145. (INT16U )OS_TASK_OPT_STK_CHK|\
  146. OS_TASK_OPT_STK_CLR|\
  147. OS_TASK_OPT_SAVE_FP);
  148. OSTaskCreateExt(……//省略部分代码); //LED 任务
  149.                   OSTaskCreateExt(……//省略部分代码); //蜂鸣器任务
  150. OSTaskCreateExt(……//省略部分代码); //主任务
  151. OSTaskCreateExt(……//省略部分代码); //按键任务
  152. OS_EXIT_CRITICAL(); //退出临界区(开中断)
  153. OSTaskSuspend(START_TASK_PRIO); //挂起开始任务
  154. }
  155. /LED 任务
  156. void led_task(void *pdata)
  157. {
  158. u8 t;
  159. while(1)
  160. {
  161. t++;
  162. delay_ms(10);
  163. if(t==8)LED0(1); //LED0 灭
  164. if(t==100) //LED0 亮 {
  165. t=0;
  166. LED0(0); } }
  167. }
  168. //蜂鸣器任务
  169. void beep_task(void *pdata)
  170. {
  171. u8 err;
  172. while(1)
  173. {
  174. OSSemPend(sem_beep,0,&err); //请求信号量
  175. PCF8574_WriteBit(BEEP_IO,0); //打开蜂鸣器
  176. delay_ms(60);
  177. PCF8574_WriteBit(BEEP_IO,1); //关闭蜂鸣器
  178. delay_ms(940);
  179. } }
  180. //触摸屏任务
  181. void touch_task(void *pdata)
  182. {
  183. u32 cpu_sr;
  184. u16 lastpos[2]; //最后一次的数据
  185. while(1)
  186. {
  187. tp_dev.scan(0);
  188.   if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN) //触摸屏被按下
  189. {
  190. if(tp_dev.x[0]<lcddev.width&&tp_dev.y[0]<lcddev.height&&tp_dev.y[0]>120)
  191. {
  192. if(lastpos[0]==0XFFFF)
  193. {
  194. lastpos[0]=tp_dev.x[0];
  195. lastpos[1]=tp_dev.y[0];
  196. }
  197. //进入临界段,防止其他任务,打断 LCD 操作,导致液晶乱序.
  198. OS_ENTER_CRITICAL();
  199. lcd_draw_bline(lastpos[0],lastpos[1],tp_dev.x[0],tp_dev.y[0],2,RED);//画线
  200. OS_EXIT_CRITICAL();
  201. lastpos[0]=tp_dev.x[0];
  202. lastpos[1]=tp_dev.y[0];
  203. }
  204. }else
  205. {
  206. lastpos[0]=0XFFFF;
  207. delay_ms(10); //没有按键按下的时候
  208. } } }
  209. //主任务
  210. void main_task(void *pdata)
  211. {
  212. u32 key=0;
  213. u8 err, semmask=0, tcnt=0;
  214. while(1)
  215. {
  216. key=(u32)OSMboxPend(msg_key,10,&err);
  217. switch(key)
  218. {
  219. case 1://控制 DS1
  220. LED1_Toggle; break;
  221. case 2://发送信号量
  222. semmask=1;
  223. OSSemPost(sem_beep);
  224. break;
  225. case 3://清除
  226. LCD_Fill(0,121,lcddev.width-1,lcddev.height-1,WHITE);
  227. break;
  228. case 4://校准,仅电阻屏有效,电容屏无需校准。
  229.     OSTaskSuspend(TOUCH_TASK_PRIO); //挂起触摸屏任务
  230. if((tp_dev.touchtype&0X80)==0)TP_Adjust();
  231. OSTaskResume(TOUCH_TASK_PRIO); //解挂
  232. ucos_load_main_ui(); //重新加载主界面
  233. break;
  234. }
  235. if(semmask||sem_beep->OSEventCnt)//需要显示 sem
  236. {
  237. POINT_COLOR=BLUE;
  238. //显示信号量的值
  239. LCD_ShowxNum(212,50,sem_beep->OSEventCnt,3,16,0X80);
  240. if(sem_beep->OSEventCnt==0)semmask=0;//停止更新
  241. }
  242. if(tcnt==10)//0.6 秒更新一次 CPU 使用率
  243. {
  244. tcnt=0;
  245. POINT_COLOR=BLUE;
  246. LCD_ShowxNum(192,30,OSCPUUsage,3,16,0); //显示 CPU 使用率
  247. }
  248. tcnt++;
  249. delay_ms(10);
  250. }
  251. }
  252. //按键扫描任务
  253. void key_task(void *pdata)
  254. {
  255. u8 key;
  256. while(1)
  257. {
  258. key=KEY_Scan(0);
  259. if(key)OSMboxPost(msg_key,(void*)key);//发送消息
  260. delay_ms(10);
  261. }
  262. }
复制代码

该部分代码我们创建了 6 个任务:start_task、led_task、beep_task、touch_task、main_task
和 key_task,优先级分别是 10 和 7~3,堆栈大小都是 128。
该程序的运行流程就比上一章复杂了一些,我们创建了消息邮箱 msg_key,用于按键任务
和主任务之间的数据传输(传递键值),另外创建了信号量 sem_beep,用于蜂鸣器任务和主任
务之间的通信。
本代码中,我们使用了 UCOSII 提供的 CPU 统计任务,通过 OSStatInit 初始化 CPU 统计任
务,然后在主任务中显示 CPU 使用率。
另外,在主任务中,我们用到了任务的挂起和恢复函数,在执行触摸屏校准的时候,我们
必须先将触摸屏任务挂起,待校准完成之后,再恢复触摸屏任务。这是因为触摸屏校准和触摸屏任务都用到了触摸屏和 tftlcd,而这两个东西是不支持多个任务占用的,所以必须采用独
占的方式使用,否则可能导致数据错乱。
软件设计部分就为大家介绍到这里。
68.4 下载验证
在代码编译成功之后,我们通过下载代码到阿波罗 STM32 开发板上,可以看到 LCD 显示
界面如图 68.4.1 所示:



图 68.4.1 初始界面
从图中可以看出,默认状态下,CPU 使用率仅为 1%左右。通过按 KEY0,可以控制 DS1
的亮灭;通过按 KEY1 则可以控制蜂鸣器的发声(连续按下多次后,可以看到蜂鸣每隔 1 秒叫
一次),同时,可以在 LCD 上面看到信号量的当前值;通过按 KEY2,可以清除触摸屏的输入;
通过按 KEY_UP 可以进入校准程序,进行触摸屏校准(注意,电容触摸屏不需要校准,所以如
果是电容屏,按 KEY_UP,就相当于清屏一次的效果,不会进行校准)。
2
分享淘帖 显示全部楼层

评论

高级模式
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容图片侵权或者其他问题,请联系本站作侵删。 侵权投诉
发资料
关闭

站长推荐 上一条 /7 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表