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初学FreeRTOS实现多任务程序

2023-05-16

初学FreeRTOS实现多任务程序

  • 1 什么是FreeRTOS
  • 2 STM32下FreeRTOS移植
    • 2.1 准备工作
    • 2.2 移植更改
      • 2.2.1 新建分组
      • 2.2.2 添加相应的头文件路径
      • 2.2.3 修改 SYSTEM 文件
  • 3 多任务程序的实现
    • 3.1 修改main.c
    • 3.2 烧录结果

1 什么是FreeRTOS

  • Free 即免费的，RTOS 全称是 Real Time Operating System，中文就是实时操作系统。注意，RTOS 不是指某一个确定的系统，而是指一类系统。比如 uC/OS，FreeRTOS，RTX，RT-Thread 等这些都是 RTOS 类操作系统。
  • 操作系统允许多个任务同时运行，这个叫做多任务。实际上，一个处理器核心在某一时刻只能运行一个任务。操作系统中任务调度器的责任就是决定在某一时刻究竟运行哪个任务。任务调度在各个任务之间的切换非常快，就给人们造成了同一时刻有多个任务同时运行的错觉。
  • 某些操作系统给每个任务分配同样的运行时间，时间到了就轮到下一个任务，比如Unix 操作系统。 FreeRTOS 操作系统则是由用户给每个任务分配一个任务优先级，任务调度器就可以根据此优先级来决定下一刻应该运行哪个任务。
  • FreeRTOS 是 RTOS 系统的一种，FreeRTOS 十分的小巧，可以在资源有限的微控制器中运行，当然，FreeRTOS 不仅局限于在微控制器中使用。但从文件数量上来看 FreeRTOS 要比uC/OSII 和 uC/OSIII 小的多。
    （[此处来源于博客）

2 STM32下FreeRTOS移植

2.1 准备工作

我们移植FreeRTOS需要一个基础工程，按照路径打开文件夹
在这里插入图片描述
把实验1 跑马灯实验文件复制到自己喜欢的文件夹
在这里插入图片描述
依次打开下面文件夹
在这里插入图片描述
将FreeRTOS源码拷贝到上面例程当中并新建文件夹
在这里插入图片描述

2.2 移植更改

2.2.1 新建分组

打开基础工程，新建分组 FreeRTOS_CORE 和 FreeRTOS_PORTABLE，然后向这两个分组中添加文件
在这里插入图片描述
文件路径分别为
第一个分组
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
第二个分组
在这里插入图片描述

2.2.2 添加相应的头文件路径

添加完 FreeRTOS 源码中的 C 文件以后还要添加 FreeRTOS 源码的头文件路径
在这里插入图片描述
接下来还需要一个头文件，否则编译会出错
头文件路径如下，把它放到include文件夹即可
在这里插入图片描述

2.2.3 修改 SYSTEM 文件

2.2.3.1 修改 sys.h 文件
在分组SYSTEM-sys.c-sys.h中修改如下

//改前
#define SYSTEM_SUPPORT_OS 0 //定义系统文件夹是否支持 OS
//改后
#define SYSTEM_SUPPORT_OS 1 //定义系统文件夹是否支持 OS

2.2.3.2 修改 usart.c 文件
在分组SYSTEM-usart.c中修改如下

//改前
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h"//ucos 使用
#endif
//改后
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "FreeRTOS.h" //os 使用
#endif

还有一个中断函数改如下

//改后
void USART1_IRQHandler(void) //串口 1 中断服务程序
{
	u8 Res;
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
	{
		Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
		if((USART_RX_STA&0x8000)==0) //接收未完成
		{
			if(USART_RX_STA&0x4000) //接收到了 0x0d
			{
				if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0; //接收错误,重新开始
				else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
			}
			else //还没收到 0X0D
			{
				if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
				else
				{
					USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
					USART_RX_STA++;
					if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;
				}
			}
		}
	}
}

2.2.3.3 修改 delay.c 文件
修改如下：

extern void xPortSysTickHandler(void);

//systick中断服务函数,使用ucos时用到
void SysTick_Handler(void)
{	
    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
    {
        xPortSysTickHandler();	
    }
}

oid delay_init()
{
	u32 reload;
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);//选择外部时钟  HCLK
	fac_us=SystemCoreClock/1000000;				//不论是否使用OS,fac_us都需要使用
	reload=SystemCoreClock/1000000;				//每秒钟的计数次数 单位为M  
	reload*=1000000/configTICK_RATE_HZ;			//根据configTICK_RATE_HZ设定溢出时间
												//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合0.233s左右	
	fac_ms=1000/configTICK_RATE_HZ;				//代表OS可以延时的最少单位	   

	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;   	//开启SYSTICK中断
	SysTick->LOAD=reload; 						//每1/configTICK_RATE_HZ秒中断一次	
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;   	//开启SYSTICK    
}								 

//延时nus
//nus:要延时的us数.	
//nus:0~204522252(最大值即2^32/fac_us@fac_us=168)	    								   
void delay_us(u32 nus)
{		
	u32 ticks;
	u32 told,tnow,tcnt=0;
	u32 reload=SysTick->LOAD;				//LOAD的值	    	 
	ticks=nus*fac_us; 						//需要的节拍数 
	told=SysTick->VAL;        				//刚进入时的计数器值
	while(1)
	{
		tnow=SysTick->VAL;	
		if(tnow!=told)
		{	    
			if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;	//这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
			else tcnt+=reload-tnow+told;	    
			told=tnow;
			if(tcnt>=ticks)break;			//时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
		}  
	};										    
}  
//延时nms
//nms:要延时的ms数
//nms:0~65535
void delay_ms(u32 nms)
{	
	if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
	{		
		if(nms>=fac_ms)						//延时的时间大于OS的最少时间周期 
		{ 
   			vTaskDelay(nms/fac_ms);	 		//FreeRTOS延时
		}
		nms%=fac_ms;						//OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时    
	}
	delay_us((u32)(nms*1000));				//普通方式延时
}

//延时nms,不会引起任务调度
//nms:要延时的ms数
void delay_xms(u32 nms)
{
	u32 i;
	for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
}

在这里插入图片描述
即可修改完成。

3 多任务程序的实现

3.1 修改main.c

修改代码如下：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

//任务优先级
#define START_TASK_PRIO		1
//任务堆栈大小	
#define START_STK_SIZE 		128  
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);


//任务优先级
#define LED0_TASK_PRIO		2
//任务堆栈大小	
#define LED0_STK_SIZE 		50  
//任务句柄
TaskHandle_t LED0Task_Handler;
//任务函数
void led0_task(void *pvParameters);


//任务优先级
#define USART0_TASK_PRIO		3
//任务堆栈大小	
#define USART0_STK_SIZE 		50  
//任务句柄
TaskHandle_t USART0Task_Handler;
//任务函数
void usart0_task(void *pvParameters);


//任务优先级
#define TEMPER0_TASK_PRIO		4
//任务堆栈大小	
#define TEMPER0_STK_SIZE 		50  
//任务句柄
TaskHandle_t TEMPER0Task_Handler;
//任务函数
void temper0_task(void *pvParameters);
int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4	 
	delay_init();	    				//延时函数初始化	  
	uart_init(115200);					//初始化串口
	LED_Init();		  					//初始化LED
	 
	//创建开始任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //任务函数
                (const char*    )"start_task",          //任务名称
                (uint16_t       )START_STK_SIZE,        //任务堆栈大小
                (void*          )NULL,                  //传递给任务函数的参数
                (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //任务优先级
                (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //任务句柄              
    vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
}

//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
    //创建LED0任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )led0_task,     	
                (const char*    )"led0_task",   	
                (uint16_t       )LED0_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,				
                (UBaseType_t    )LED0_TASK_PRIO,	
                (TaskHandle_t*  )&LED0Task_Handler);   
    //创建usart0任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )usart0_task,     
                (const char*    )"usart0_task",   
                (uint16_t       )USART0_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )USART0_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&USART0Task_Handler);
		//创建temper0任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )temper0_task,     
                (const char*    )"temper_task",   
                (uint16_t       )TEMPER0_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )TEMPER0_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&TEMPER0Task_Handler); 								
    vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}

//LED0任务函数 
void led0_task(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        LED0=~LED0;
        vTaskDelay(500);
    }
}   

//usart0任务函数
void usart0_task(void *pvParameters)
{
	
			while(1)
			{	
				printf("helloworld!");
				printf("\r\n");
				vTaskDelay(2000);
			}
}

//temper0任务函数
void temper0_task(void *pvParameters)
{
	
			while(1)
			{	
				printf("check\r\n");
        		vTaskDelay(5000);
			}
}

3.2 烧录结果

在这里插入图片描述
多任务实现成功
在烧录的过程中遇到了一点问题，使用stlink进行烧录时，keil直接闪退，对stlink debugger设置时也会出现闪退情况。但是换为使用Jlink的时候，同时也设置成jlink cortex就可以正常烧录。
总结： 通过本次动手移植的过程，了解了多任务系统可以让stm32实现更多想要的功能，多任务的优点是显而易见的。

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