项目实战-外卖自提柜 2. CubeMX + FreeRTOS入门

2023-05-16

项目实战-外卖自提柜 1.项目介绍、协议制定
项目实战-外卖自提柜 2. CubeMX + FreeRTOS入门
项目实战-外卖自提柜 3. FreeRTOS主要API的应用
项目实战-外卖自提柜 4. FreeRTOS 堆栈分配、调试技巧
项目实战-外卖自提柜 5. ESP8266 01S配置与掉线处理
项目实战-外卖自提柜 6. 硬件工作与测试（原理图、PCB绘制、测试视频）

简要

选择使用FreeRTOS，除了需求原因，还有这是第一个接触的RTOS，也想把它用到项目上。
这一阵子刚好从标准库脱坑，加入到HAL库的大家庭中，所以CubeMX+FreeRTOS成为理所当然的选择，也省了我很多时间。

HAL库

先说HAL库，这个在网上褒贬不一，我也算标准库、HAL库都用过，HAL库开发快，HAL库在开发周期上是比标准库短很多的。
有人批HAL库的理由是：运行效率低、BUG多
我拿这个项目用到的资源来说：
串口+DMA、硬件SPI+DMA、RTC、PWM
HAL库的串口函数我用起来确实有点不习惯，而且遇到了比较烦的问题：
https://blog.csdn.net/weixin_44578655/article/details/104677301
但除了这个，像RTC、PWM这些，都是一遍调通，省了很多时间。
至于运行效率，未见得有什么效率问题，有时候进入函数内部，看起来也没发现比标准库复杂什么。

综上，以后有相关的项目，我还是优先考虑HAL库。

FreeRTOS

再说说FreeRTOS，此前也每太了解过，我是看书过了一遍，下面这本
书籍pdf：
https://download.csdn.net/download/weixin_44578655/12207937
（积分不够的话在评论区留个言吧，私发）
这其实就是一个手册，很短，一天大概就能看完，看完我对RTOS有了相当的了解了。

就直观说说使用FreeRTOS的感想：
相当于把一个单片机拆成好几个用，裸奔只能写一个大循环，现在可以写好几个（一个任务就是一个大循环）。
每个任务间“并行”运行，加引号是因为这不是真正意义上的并行，而是每个任务都占用CPU一会儿，轮流执行，不太恰当的比喻就是，一个72M的单片机执行两个任务的话，就可以看程是两个36M的单片机在同时运行，当然FreeRTOS本身还需要占用一定的CPU资源。

我做这个项目的时候，觉得需要掌握以下几点就够了：

FreeRTOS任务调度的工作方式、任务的各种状态等等。
理解这个我觉得就算入门了。
那时候还写了点东西：
FreeRTOS学习笔记
任务间通讯、任务同步的几种常用方式：队列、信号量等等
当然你可以使用全局变量，但全局变量会带来资源访问冲突的问题。
例如：当任务A在对某全局数组在进行一个执行时间比较长的操作，比如在进行memcpy，刚复制了一半，突然任务A被任务B抢占，任务B对这个全局数组进行了修改。这时候跳回到任务A执行的时候，任务A就得到了错误的值，因为一半被改过，另一半没被改过。

如果使用消息队列的话，A任务要使用队列S，先申请，申请成功以后才可以使用。B任务也要使用S的时候也要先申请，当时发现S已经被A任务使用了，所以B任务就没法使用，直到A任务使用完S并且释放掉B任务才申请使用。

虽然全局变量不能随便用，我在进行任务间同步的时候（例如任务A通知任务B：饭做好了，该回家吃饭了），大部分还是使用全局变量（标志位，任务A置位，任务B扫描），因为这不会有资源访问冲突的风险，内存开销也比消息队列小。
任务管理的常用手段：如何合理地安排任务间地互斥
互斥，直接举例子：
考虑如下情形，有两个任务都试图往一个 LCD 中写数据：
任务 A 运行，并往 LCD 写字符串”Hello world”。
任务 A 被任务 B 抢占，但此时字符串才输出到”Hello w”。
任务 B 往 LCD 写”Abort, Retry, Fail?”，然后进入阻塞态。
任务 A 从被抢占处继续执行，完成剩余的字符输出——“orld”。
现在 LCD 显示的是被破坏了的字符串”Hello wAbort, Retry, Fail?orld”。
所以某任务在要紧的情况下，是不能被打断的，即便是更高优先级的任务，如何实现呢？互斥有很多方法：暂时调高优先级、互斥量、安全区等等。

掌握以上三点，就可以开动脑筋做项目了。

FreeRTOS在CubeMX中的配置

图上的CMSIS_V1和V2的API名称不太一样，我用的是V1
（我还没搜到过V2的例程）
在这里插入图片描述
CubeMX对FreeRTOS进行了一层包装：

CMSIS-RTOS是ARM公司为统一操作系统、降低嵌入式门槛而发布的操作系统标准软件接口。通俗讲，CMSIS-RTOS将操作系统（不管是FREE-RTOS还是RTX等）屏蔽起来，然后提供CMSIS-RTOS接口函数给最终使用者调用。如此以来，最终使用者只需要学习CMSIS-ROTS即可，从而降低学习门槛。（不过，目前只有FREE-RTOS和RTX能够支持CMSIS-RTOS）。

具体配置这里只列下面两点，其他配置可以参照别人的帖子：
在这里插入图片描述

这里的TOTAL_HEAP_SIZE，其大小需要根据实际情况确定，我这用了8k，所有跟FreeRTOS相关的，诸如任务创建、队列创建等等所需要的栈空间都从这里分配，这里空间不足会导致任务、队列等创建失败。
在这里插入图片描述
这些是FreeRTOS的一些可选择的API函数，这里有一些API我们调试的时候要用到，有的一般用不到，可以自己选择。

CMSIS OS的相关API

CubeMX对FreeRTOS封装后，名为CMSIS OS，这部分资料少一些，刚开始接触CMSIS OS的时候，找不到手册，API名称也不清楚在哪找，这里贴出来：
CubeMX FreeRTOS(cmsis os)函数API一览

https://blog.csdn.net/weixin_44578655/article/details/105952248

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