树莓派STM32

STM32CubeMX学习笔记（29）——FreeRTOS实时操

2021-12-28  本文已影响0人  Leung_ManWah

一、FreeRTOS简介

FreeRTOS 是一个可裁剪、可剥夺型的多任务内核，而且没有任务数限制。FreeRTOS 提供了实时操作系统所需的所有功能，包括资源管理、同步、任务通信等。

FreeRTOS 是用 C 和汇编来写的，其中绝大部分都是用 C 语言编写的，只有极少数的与处理器密切相关的部分代码才是用汇编写的，FreeRTOS 结构简洁，可读性很强！最主要的是非常适合初次接触嵌入式实时操作系统学生、嵌入式系统开发人员和爱好者学习。

最新版本 V9.0.0（2016年），尽管现在 FreeRTOS 的版本已经更新到 V10.4.1 了，但是我们还是选择 V9.0.0，因为内核很稳定，并且网上资料很多，因为 V10.0.0 版本之后是亚马逊收购了FreeRTOS之后才出来的版本，主要添加了一些云端组件，一般采用 V9.0.0 版本足以。

二、新建工程

1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”

2. 选择 MCU 和封装

3. 配置时钟
RCC 设置，选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)


选择 Clock Configuration，配置系统时钟 SYSCLK 为 72MHz
修改 HCLK 的值为 72 后，输入回车，软件会自动修改所有配置

4. 配置调试模式
非常重要的一步，否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
SYS 设置，选择 Debug 为 Serial Wire

三、SYS Timebase Source

在 System Core 中选择 SYS ，对 Timebase Source 进行设置，选择 TIM1 作为HAL库的时基（除了 SysTick 外都可以）。

在基于STM32 HAL的项目中，一般需要维护的 “时基” 主要有2个：

  1. HAL的时基，SYS Timebase Source
  2. OS的时基（仅在使用OS的情况下才考虑）

而这些 “时基” 该去如何维护，主要分为两种情况考虑：

强烈建议用户在使用FreeRTOS的时候，不要使用 SysTick（滴答定时器）作为 “HAL的时基”，因为FreeRTOS要用，最好是要换一个！！！如果共用，潜在一定风险。

四、FreeRTOS

4.1 参数配置

在 Middleware 中选择 FREERTOS 设置，并选择 CMSIS_V1 接口版本


CMSIS是一种接口标准，目的是屏蔽软硬件差异以提高软件的兼容性。RTOS v1使得软件能够在不同的实时操作系统下运行（屏蔽不同RTOS提供的API的差别），而RTOS v2则是拓展了RTOS v1，兼容更多的CPU架构和实时操作系统。因此我们在使用时可以根据实际情况选择，如果学习过程中使用STM32F1、F4等单片机时没必要选择RTOS v2，更高的兼容性背后时更加冗余的代码，理解起来比较困难。

在 Config parameters 进行具体参数配置。

Kernel settings：

Memory management settings：

Hook function related definitions：

Run time and task stats gathering related definitions：

Co-routine related definitions：

Software timer definitions：

Interrupt nesting behaviour configuration：

4.2 创建队列Queue

在 Tasks and Queues 进行配置。

创建一个消息队列TestQueue，


4.3 创建任务Task

我们创建两个任务，一个消息接收任务，一个消息发送任务。



五、KEY

5.1 参数配置

在 System Core 中选择 GPIO 设置。


在右边图中找到按键对应引脚，选择 GPIO_Input。

六、UART串口打印

查看 STM32CubeMX学习笔记（6）——USART串口使用

七、生成代码

输入项目名和项目路径


选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5

每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代码都生成在 main.c
勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。 如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。

点击 GENERATE CODE 生成代码

八、创建队列

8.1 相关API说明

8.1.1 osMessageQId

队列ID。例如，对osMessageCreate的调用返回。可用作参数到osMessageDelete以删除队列。

/// Message ID identifies the message queue (pointer to a message queue control block).
/// \note CAN BE CHANGED: \b os_messageQ_cb is implementation specific in every CMSIS-RTOS.
typedef QueueHandle_t osMessageQId;

8.1.2 osMessageCreate

使用动态内存的方式创建一个新的队列。

函数 osMessageQId osMessageCreate (const osMessageQDef_t *queue_def, osThreadId thread_id)
参数 queue_def： 引用由osMessageQDef定义的队列

thread_id： 队列ID或NULL
返回值 成功返回队列ID，失败返回0

8.1.3 osMessageDelete

队列删除函数是根据消息队列ID直接删除的，删除之后这个消息队列的所有信息都会被系统回收清空，而且不能再次使用这个消息队列了。

函数 osStatus osMessageDelete (osMessageQId queue_id)
参数 queue_id： 消息队列ID，表示的是要删除哪个想队列
返回值 错误码

8.2 示例

osMessageQId TestQueueHandle;

/* 创建 Test_Queue */ 
/* Create the queue(s) */
/* definition and creation of TestQueue */
osMessageQDef(TestQueue, 16, uint32_t);/* 第2参数：消息队列的长度，第3参数：消息的大小 */
TestQueueHandle = osMessageCreate(osMessageQ(TestQueue), NULL);

九、消息发送与接收

9.1 相关API说明

9.1.1 osMessagePut

用于向队列尾部发送一个队列消息。消息以拷贝的形式入队，而不是以引用的形式。可用在中断服务程序中。

函数 osStatus osMessagePut (osMessageQId queue_id, uint32_t info, uint32_t millisec)
参数 queue_id： 目标队列ID。这个句柄即是调用 osMessageCreate() 创建该队列时的返回值

info： 发送数据的指针。其指向将要复制到目标队列中的数据单元。由于在创建队列时设置了队列中数据单元的长度，所以会从该指针指向的空间复制对应长度的数据到队列的存储区域。

millisec： 队列空时，阻塞超时的最大时间。如果该参数设置为 0，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用于辅助计算真实的时间，单位为 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 设置成 1，并且指定延时为 portMAX_DELAY 将导致任务无限阻塞（没有超时）。
返回值 错误码

9.1.2 osMessageGet

用于从一个队列中接收消息并把消息从队列中删除。接收的消息是以拷贝的形式进行的，所以我们必须提供一个足够大空间的缓冲区。具体能够拷贝多少数据到缓冲区，这个在队列创建的时候已经设定。可用在中断服务程序中。

函数 osEvent osMessageGet (osMessageQId queue_id, uint32_t millisec)
参数 queue_id： 被读队列ID。这个句柄即是调用 osMessageCreate() 创建该队列时的返回值

millisec： 队列空时，阻塞超时的最大时间。如果该参数设置为 0，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用于辅助计算真实的时间，单位为 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 设置成 1，并且指定延时为 portMAX_DELAY 将导致任务无限阻塞（没有超时）。
返回值 错误码

9.1.3 osMessagePeek

osMessagePeek() 也是从从队列中接收数据单元，不同的是并不从队列中删出接收到的单元。osMessagePeek() 从队列首接收到数据后，不会修改队列中的数据，也不会改变数据在队列中的存储序顺。可用在中断服务程序中。

函数 osEvent osMessagePeek (osMessageQId queue_id, uint32_t millisec)
参数 queue_id： 被读队列ID。这个句柄即是调用 osMessageCreate() 创建该队列时的返回值

millisec： 队列空时，阻塞超时的最大时间。如果该参数设置为 0，函数立刻返回。超时时间的单位为系统节拍周期，常量 portTICK_PERIOD_MS 用于辅助计算真实的时间，单位为 ms。如果 INCLUDE_vTaskSuspend 设置成 1，并且指定延时为 portMAX_DELAY 将导致任务无限阻塞（没有超时）。
返回值 错误码

9.2 示例

9.2.1 阻塞式发送与接收

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "cmsis_os.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;

osThreadId defaultTaskHandle;
osThreadId ReceiveHandle;
osThreadId SendHandle;
osMessageQId TestQueueHandle;
/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_DMA_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
void StartDefaultTask(void const * argument);
void ReceiveTask(void const * argument);
void SendTask(void const * argument);

/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_MUTEX */
  /* add mutexes, ... */
  /* USER CODE END RTOS_MUTEX */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_SEMAPHORES */
  /* add semaphores, ... */
  /* USER CODE END RTOS_SEMAPHORES */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_TIMERS */
  /* start timers, add new ones, ... */
  /* USER CODE END RTOS_TIMERS */

  /* Create the queue(s) */
  /* definition and creation of TestQueue */
  osMessageQDef(TestQueue, 16, uint32_t);
  TestQueueHandle = osMessageCreate(osMessageQ(TestQueue), NULL);

  /* USER CODE BEGIN RTOS_QUEUES */
  /* add queues, ... */
  /* USER CODE END RTOS_QUEUES */

  /* Create the thread(s) */
  /* definition and creation of defaultTask */
  osThreadDef(defaultTask, StartDefaultTask, osPriorityNormal, 0, 128);
  defaultTaskHandle = osThreadCreate(osThread(defaultTask), NULL);

  /* definition and creation of Receive */
  osThreadDef(Receive, ReceiveTask, osPriorityIdle, 0, 128);
  ReceiveHandle = osThreadCreate(osThread(Receive), NULL);

  /* definition and creation of Send */
  osThreadDef(Send, SendTask, osPriorityIdle, 0, 128);
  SendHandle = osThreadCreate(osThread(Send), NULL);

  /* USER CODE BEGIN RTOS_THREADS */
  /* add threads, ... */
  /* USER CODE END RTOS_THREADS */

  /* Start scheduler */
  osKernelStart();

  /* We should never get here as control is now taken by the scheduler */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */

}

/**
  * Enable DMA controller clock
  */
static void MX_DMA_Init(void)
{

  /* DMA controller clock enable */
  __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();

  /* DMA interrupt init */
  /* DMA1_Channel4_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel4_IRQn, 5, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel4_IRQn);
  /* DMA1_Channel5_IRQn interrupt configuration */
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel5_IRQn, 5, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel5_IRQn);

}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, LED_G_Pin|LED_B_Pin|LED_R_Pin, GPIO_PIN_SET);

  /*Configure GPIO pin : KEY1_Pin */
  GPIO_InitStruct.Pin = KEY1_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(KEY1_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  /*Configure GPIO pins : LED_G_Pin LED_B_Pin LED_R_Pin */
  GPIO_InitStruct.Pin = LED_G_Pin|LED_B_Pin|LED_R_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

}

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * @brief 重定向c库函数printf到USARTx
  * @retval None
  */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}
 
/**
  * @brief 重定向c库函数getchar,scanf到USARTx
  * @retval None
  */
int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, &ch, 1, 0xffff);
  return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

/* USER CODE BEGIN Header_StartDefaultTask */
/**
  * @brief  Function implementing the defaultTask thread.
  * @param  argument: Not used
  * @retval None
  */
/* USER CODE END Header_StartDefaultTask */
void StartDefaultTask(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN 5 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END 5 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_ReceiveTask */
/**
* @brief Function implementing the Receive thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_ReceiveTask */
void ReceiveTask(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN ReceiveTask */
  osEvent event;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    event = osMessageGet(TestQueueHandle, /* 消息队列的句柄 */ 
                          osWaitForever); /* 等待时间 一直等 */ 
    if(osEventMessage == event.status) 
    {
        printf("receive data:%d\n\n", event.value.v); 
    }
    else 
    {
        printf("error: 0x%d\n", event.status); 
    }
  }
  /* USER CODE END ReceiveTask */
}

/* USER CODE BEGIN Header_SendTask */
/**
* @brief Function implementing the Send thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_SendTask */
void SendTask(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN SendTask */
  osEvent xReturn;
  uint32_t send_data1 = 1; 
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin) == GPIO_PIN_SET) 
    { 
        /* KEY1 被按下 */ 
        printf("send_data1!\n"); 
        xReturn.status = osMessagePut(TestQueueHandle, /* 消息队列的句柄 */ 
                                      send_data1,      /* 发送的消息内容 */ 
                                      0);              /* 等待时间 0 */ 
        if(osOK != xReturn.status)  
        {
            printf("send fail!\n\n"); 
        }
    } 
    osDelay(100);
  }
  /* USER CODE END SendTask */
}

/**
  * @brief  Period elapsed callback in non blocking mode
  * @note   This function is called  when TIM1 interrupt took place, inside
  * HAL_TIM_IRQHandler(). It makes a direct call to HAL_IncTick() to increment
  * a global variable "uwTick" used as application time base.
  * @param  htim : TIM handle
  * @retval None
  */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* USER CODE BEGIN Callback 0 */

  /* USER CODE END Callback 0 */
  if (htim->Instance == TIM1) {
    HAL_IncTick();
  }
  /* USER CODE BEGIN Callback 1 */

  /* USER CODE END Callback 1 */
}

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */

  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

9.3 工程代码

链接：https://pan.baidu.com/s/1uNVONKwr1SvarOK-kPNVdA 提取码：bur5

十、查询消息个数

10.1 相关API说明

10.1.1 osMessageWaiting

用于查询队列中当前有效数据单元个数。

函数 uint32_t osMessageWaiting(osMessageQId queue_id)
参数 queue_id： 目标队列ID。这个句柄即是调用 osMessageCreate() 创建该队列时的返回值
返回值 当前队列中保存的数据单元个数。返回 0 表明队列为空

十一、注意事项

用户代码要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之间，否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后，会被删除。

• 由 Leung 写于 2021 年 12 月 28 日

• 参考：STM32CubeMX之FreeRTOS
　　　　STM32通过STM32cueMX生成FreeRTOS操作队列消息
　　　　STM32CubeIDE（十一）：FreeRTOS选项中Disable、CMSIS_V1和CMSIS_V2的区别
　　　　HAL库中的 SYS Timebase Source 和 SysTick_Handler()

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