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本章节为大家讲解FreeRTOS计数信号量的另一种实现方式----基于任务通知(Task Notifications)的计数信号量,这里我们将这种方式实现的计数信号量称之为任务计数信号量。任务计数信号量效率更高,需要的RAM空间更小。当然,缺点也是有的,它没有第21章介绍的计数信号量实现的功能全面。 本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407以及F429。 24.1 任务通知(TaskNotifications)介绍 24.2 任务计数信号量 24.3 任务计数信号量API函数 24.4 实验例程说明(任务间通信) 24.5 实验例程说明(中断方式) 24.6 总结 24.1 任务通知(TaskNotifications)介绍 FreeRTOS每个已经创建的任务都有一个任务控制块(task control block),任务控制块就是一个结构体变量,用于记录任务的相关信息。结构体变量中有一个32位的变量成员ulNotifiedValue是专门用于任务通知的。 通过任务通知方式可以实现计数信号量,二值信号量,事件标志组和消息邮箱(消息邮箱就是消息队列长度为1的情况)。使用方法与前面章节讲解的事件标志组和信号量基本相同,只是换了不同的函数来实现。任务通知方式实现的计数信号量,二值信号量,事件标志组和消息邮箱是通过修改变量ulNotifiedValue实现的: (1)设置接收任务控制块中的变量ulNotifiedValue可以实现消息邮箱。 (2)如果接收任务控制块中的变量ulNotifiedValue还没有被其接收到,也可以用新数据覆盖原有数据,这就是覆盖方式的消息邮箱。 (3)设置接收任务控制块中的变量ulNotifiedValue的bit0-bit31数值可以实现事件标志组。 (4)设置接收任务控制块中的变量ulNotifiedValue数值进行加一或者减一操作可以实现计数信号量和二值信号量。 介绍了这么多,那么问题来了,采用这种方式有什么优势呢?根据官方的测试数据,唤醒由于信号量和事件标志组而处于阻塞态的任务,速度提升了45%,而且这种方式需要的RAM空间更小。但这种方式实现的信号量和事件标志组也有它的局限性,主要表现在以下两个方面: (1)任务通知方式仅可以用在只有一个任务等待信号量,消息邮箱或者事件标志组的情况,不过实际项目项目中这种情况也是最多的。 (2)使用任务通知方式实现的消息邮箱替代前面章节讲解的消息队列时,发送消息的任务不支持超时等待,即消息队列中的数据已经满了,可以等待消息队列有空间可以存新的数据,而任务通知方式实现的消息邮箱不支持超时等待。 |
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程序设计:
任务栈大小分配: vTaskUserIF任务 :2048字节 vTaskLED任务 :2048字节 vTaskMsgPro任务 :2048字节 vTaskStart任务 :2048字节 任务栈空间是在任务创建的时候从FreeRTOSConfig.h文件中定义的heap空间中申请的 #defineconfigTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t )( 30 * 1024 ) ) 系统栈大小分配: |
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FreeROTS初始化:
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: main * 功能说明: 标准c程序入口。 * 形 参:无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ int main(void) { /* 在启动调度前,为了防止初始化STM32外设时有中断服务程序执行,这里禁止全局中断(除了NMI和HardFault)。 这样做的好处是: 1. 防止执行的中断服务程序中有FreeRTOS的API函数。 2. 保证系统正常启动,不受别的中断影响。 3. 关于是否关闭全局中断,大家根据自己的实际情况设置即可。 在移植文件port.c中的函数prvStartFirstTask中会重新开启全局中断。通过指令cpsie i开启,__set_PRIMASK(1) 和cpsie i是等效的。 */ __set_PRIMASK(1); /* 硬件初始化 */ bsp_Init(); /* 1. 初始化一个定时器中断,精度高于滴答定时器中断,这样才可以获得准确的系统信息 仅供调试目的,实际项 目中不要使用,因为这个功能比较影响系统实时性。 2. 为了正确获取FreeRTOS的调试信息,可以考虑将上面的关闭中断指令__set_PRIMASK(1); 注释掉。 */ vSetupSysInfoTest(); /* 创建任务 */ AppTaskCreate(); /* 创建任务通信机制 */ AppObjCreate(); /* 启动调度,开始执行任务 */ vTaskStartScheduler(); /* 如果系统正常启动是不会运行到这里的,运行到这里极有可能是用于定时器任务或者空闲任务的 heap空间不足造成创建失败,此要加大FreeRTOSConfig.h文件中定义的heap大小: #define configTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) ) */ while(1); } |
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硬件外设初始化
硬件外设的初始化是在bsp.c文件实现: 复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: bsp_Init * 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次 * 形 参:无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void bsp_Init(void) { /* 由于ST固件库的启动文件已经执行了CPU系统时钟的初始化,所以不必再次重复配置系统时钟。 启动文件配置了CPU主时钟频率、内部Flash访问速度和可选的外部SRAM FSMC初始化。 系统时钟缺省配置为168MHz,如果需要更改,可以修改 system_stm32f4xx.c 文件 */ /* 优先级分组设置为4,可配置0-15级抢占式优先级,0级子优先级,即不存在子优先级。*/ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); SystemCoreClockUpdate(); /* 根据PLL配置更新系统时钟频率变量 SystemCoreClock */ bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */ bsp_InitKey(); /* 初始化按键变量 */ bsp_InitExtIO(); /* FMC总线上扩展了32位输出IO, 操作LED等外设必须初始化 */ bsp_InitLed(); /* 初始LED指示灯端口 */ bsp_InitHardTimer(); /* 初始化TIM2定时器 */ } |
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FreeRTOS任务创建:
复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskCreate * 功能说明: 创建应用任务 * 形 参:无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void AppTaskCreate (void) { xTaskCreate( vTaskTaskUserIF, /* 任务函数 */ "vTaskUserIF", /* 任务名 */ 512, /* 任务栈大小,单位word,也就是4字节 */ NULL, /* 任务参数 */ 1, /* 任务优先级*/ &xHandleTaskUserIF ); /* 任务句柄 */ xTaskCreate( vTaskLED, /* 任务函数 */ "vTaskLED", /* 任务名 */ 512, /* 任务栈大小,单位word,也就是4字节 */ NULL, /* 任务参数 */ 2, /* 任务优先级*/ &xHandleTaskLED ); /* 任务句柄 */ xTaskCreate( vTaskMsgPro, /* 任务函数 */ "vTaskMsgPro", /* 任务名 */ 512, /* 任务栈大小,单位word,也就是4字节 */ NULL, /* 任务参数 */ 3, /* 任务优先级*/ &xHandleTaskMsgPro ); /* 任务句柄 */ xTaskCreate( vTaskStart, /* 任务函数 */ "vTaskStart", /* 任务名 */ 512, /* 任务栈大小,单位word,也就是4字节 */ NULL, /* 任务参数 */ 4, /* 任务优先级*/ &xHandleTaskStart ); /* 任务句柄 */ } |
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定时器中断回调函数中给任务发送任务计数信号量同步消息:
定时器中断的初始化和中断函数在bsp_timer.c 文件中实现,这个不是教程的重点,故不作介绍。 这里主要关心函数vTaskNotifyGiveFromISR在中断服务程序中的使用方法。 复制代码 /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM_CallBack1和TIM_CallBack2 * 功能说明: 定时器中断的回调函数,此函数被bsp_StartHardTimer所调用。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void TIM_CallBack1(void) { BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; /* 发送任务通知 */ vTaskNotifyGiveFromISR(xHandleTaskMsgPro, &xHigherPriorityTaskWoken); /* 如果xHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE,那么退出中断后切到当前最高优先级任务执行 */ portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); } |
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24.6 总结
本章节为大家讲解了FreeRTOS的任务计数信号量,任务计数信号量(本章节讲解的信号量)相比 计数信号量(第21章讲解的信号量)的优势就是执行效率高,需要的RAM空间小。实际项目中,如果 使用计数信号量和任务计数信号量都能实现相应功能,强烈建议使用任务计数信号量。 |
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