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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
3)全套实验源码+手册+视频下载地址:http://www.openedv.com/thread-13912-1-1.html 第六十章 UCOSII 实验 2-信号量和邮箱 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: 60.1 UCOSII 信号量和邮箱简介 60.2 硬件设计 60.3 软件设计 60.4 下载验证 60.1 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 60.1.1 所示: 图 60.1.1 两个任务使用事件进行通信的示意图 在图 60.1.1 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: typedef struct{ INT8U OSEventType;//事件的类型 INT16U OSEventCnt;//信号量计数器 void *OSEventPtr;//消息或消息队列的指针 INT8U OSEventGrp;//等待事件的任务组 INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];//任务等待表#if OS_EVENT_NAME_EN > 0uINT8U *OSEventName;//事件名#endif} OS_EVENT;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。 60.2 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/KEY_UP) 3) 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。 60.3 软件设计 本章,我们在第二十一章实验 (实验 16)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: /////////////////////////UCOSII 任务设置/////////////////////////////////////START 任务#define START_TASK_PRIO10//设置任务优先级#define START_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];//任务堆栈void start_task(void *pdata);//任务函数//触摸屏任务#define TOUCH_TASK_PRIO7//设置任务优先级#define TOUCH_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK TOUCH_TASK_STK[TOUCH_STK_SIZE];//任务堆栈void touch_task(void *pdata);//任务函数//LED 任务#define LED_TASK_PRIO6//设置任务优先级#define LED_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK LED_TASK_STK[LED_STK_SIZE];//任务堆栈void led_task(void *pdata);//任务函数//蜂鸣器任务#define BEEP_TASK_PRIO5//设置任务优先级#define BEEP_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK BEEP_TASK_STK[BEEP_STK_SIZE];//任务堆栈void beep_task(void *pdata);//任务函数//主任务#define MAIN_TASK_PRIO4//设置任务优先级#define MAIN_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK MAIN_TASK_STK[MAIN_STK_SIZE];//任务堆栈void main_task(void *pdata);//任务函数//按键扫描任务#define KEY_TASK_PRIO3//设置任务优先级#define KEY_STK_SIZE128//设置任务堆栈大小OS_STK KEY_TASK_STK[KEY_STK_SIZE];//任务堆栈void key_task(void *pdata);//任务函数//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////OS_EVENT * msg_key;//按键邮箱事件块指针OS_EVENT * sem_beep;//蜂鸣器信号量指针//加载主界面void ucos_load_main_ui(void){…//此处省略函数定义}int main(void){ Cache_Enable(); //打开 L1-Cache HAL_Init();//初始化 HAL 库 Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz delay_init(216); //延时初始化uart_init(115200); //串口初始化 LED_Init();//初始化 LED KEY_Init();//初始化按键 SDRAM_Init();//初始化 SDRAM LCD_Init();//初始化 LCD tp_dev.init(); //初始化触摸屏 ucos_load_main_ui(); //加载主界面OSInit();//UCOS 初始化OSTaskCreateExt((void(*)(void*) )start_task,//任务函数 (void* )0,//传递给任务函数的参数 (OS_STK* )&START_TASK_STK[START_STK_SIZE-1],//任务堆栈栈顶 (INT8U )START_TASK_PRIO, //任务优先级 (INT16U )START_TASK_PRIO,//任务 ID,这里设置为//和优先级一样 (OS_STK* )&START_TASK_STK[0], //任务堆栈栈底 (INT32U )START_STK_SIZE,//任务堆栈大小 (void* )0, //用户补充的存储区 (INT16U ) OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR|OS_TASK_OPT_SAVE_FP);//任务选项OSStart(); //开始任务}//画水平线//x0,y0:坐标 len:线长度 color:颜色void gui_draw_hline(u16 x0,u16 y0,u16 len,u16 color){…//此处省略函数定义}//画实心圆//x0,y0:坐标 r:半径 color:颜色void gui_fill_circle(u16 x0,u16 y0,u16 r,u16 color){…//此处省略函数定义}//两个数之差的绝对值//x1,x2:需取差值的两个数//返回值:|x1-x2|u16 my_abs(u16 x1,u16 x2){if(x1>x2)return x1-x2;else return x2-x1;}//画一条粗线//(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void lcd_draw_bline(u16 x1, u16 y1, u16 x2, u16 y2,u8 size,u16 color){…//此处省略函数定义}void start_task(void *pdata){OS_CPU_SR cpu_sr=0;pdata=pdata; msg_key=OSMboxCreate((void*)0); //创建消息邮箱sem_beep=OSSemCreate(0);//创建信号量OSStatInit();//开启统计任务OS_ENTER_CRITICAL();//进入临界区(关闭中断) //触摸任务 OSTaskCreateExt((void(*)(void*) )touch_task, (void* )0, (OS_STK* )&TOUCH_TASK_STK[TOUCH_STK_SIZE-1], (INT8U )TOUCH_TASK_PRIO, (INT16U )TOUCH_TASK_PRIO, (OS_STK* )&TOUCH_TASK_STK[0], (INT32U )TOUCH_STK_SIZE, (void* )0, (INT16U )OS_TASK_OPT_STK_CHK|OS_TASK_OPT_STK_CLR|OS_TASK_OPT_SAVE_FP); OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//LED 任务 OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//蜂鸣器任务OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//主任务 OSTaskCreateExt(……//省略部分代码);//按键任务 OS_EXIT_CRITICAL();//退出临界区(开中断)OSTaskSuspend(START_TASK_PRIO);//挂起开始任务}/LED 任务void led_task(void *pdata){u8 t;while(1){t++;delay_ms(10);if(t==8)LED0(1); //LED0 灭if(t==100)//LED0 亮{t=0;LED0(0);}}}//蜂鸣器任务void beep_task(void *pdata){ u8 err;while(1){ OSSemPend(sem_beep,0,&err); //请求信号量BEEP(0);//打开蜂鸣器 delay_ms(60);BEEP(1);//关闭蜂鸣器 delay_ms(940);}}//触摸屏任务void touch_task(void *pdata){u32 cpu_sr;u16 lastpos[2];//最后一次的数据while(1){tp_dev.scan(0);if(tp_dev.sta&TP_PRES_DOWN)//触摸屏被按下{if(tp_dev.x[0] 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。 60.4 下载验证 在代码编译成功之后,我们通过下载代码到水星 STM32 开发板上,可以看到 LCD 显示界 面如图 60.4.1 所示: 图 60.4.1 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 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)。 |
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