代码收藏家技术教程 2023-11-22

STM32 CubeMX中使用FreeRTOS任务通信的方法详解

STM32 CubeMX

STM32 CubeMX ____Freertos任务通信：队列、信号量、互斥量，事件组，任务通知

STM32 CubeMX

一、STM32 CubeMX设置

时钟配置

HAL时基选择TIM1（不要选择滴答定时器；滴答定时器留给OS系统做时基）

使用STM32 CubeMX 库，配置Freertos

二、实验一：消息队列

消息队列是什么？适用于什么地方？

FreeRTOS 消息队列和数组的几个区别：

创建消息队列

创建任务

代码部分

实验现象

三，实验二：信号量

信号量是什么？适用于什么地方？

二值信号量

`代码部分`

实验现象

计数信号量

`代码部分`

实验现象

四，实验三：互斥量

互斥量是什么？适用于什么地方？

`代码部分`

实验现象

五，实验四：事件组

互斥量是什么？适用于什么地方？

与逻辑，事件组

实验现象

或逻辑，事件组

实验现象

六，实验五：任务通知

学习使用Freertos第二步
在 FreeRTOS 中，任务通信可以通过以下函数来实现：

xQueueCreate()：用于创建一个消息队列。可以设置队列长度和每个消息的大小。

xQueueSend()：将一条消息发送到队列中。可以选择阻塞或非阻塞发送。

xQueueReceive()：从队列中接收一条消息。可以选择阻塞或非阻塞接收。

xQueuePeek()：查看队列中的下一条消息，但不将其移除。

xQueueReset()：清空队列中的所有消息。
2. xQueueSemaphoreTake()和xQueueSemaphoreGive()：用于实现二值信号量，控制任务之间的互斥访问。
3. xSemaphoreCreateMutex()：创建一个互斥信号量，用于实现任务之间的互斥访问。
4. xTaskNotify()和ulTaskNotifyTake()：用于任务间的通知机制，一个任务可以通知另一个任务进行某种操作。
5. xEventGroupCreate()、xEventGroupSetBits()和xEventGroupWaitBits()：用于创建、设置和等待事件标志组。

一、STM32 CubeMX设置

时钟配置

HAL时基选择TIM1（不要选择滴答定时器；滴答定时器留给OS系统做时基）

使用STM32 CubeMX 库，配置Freertos

选择CMISS_V1接口就可以满足Freertos接口；且代码量比CMISS_V2小（CMISS_V2支持更多的RTOS接口，所以代码量比CMISS_V1多）

二、实验一：消息队列

消息队列是什么？适用于什么地方？

数据传递：消息队列允许任务之间传递数据，一个任务可以将数据打包成消息发送到队列，另一个任务则可以从队列中接收该消息并处理其中的数据。这使得任务之间可以方便地进行数据交换和共享。

任务解耦：通过使用消息队列，任务之间的耦合度可以降低。一个任务只需要关注发送和接收消息，而不需要知道消息的具体处理细节和目标任务的实现。这样，当需要更改或替换某个任务时，只需要保证消息的格式和接口不变即可，不会对其他任务产生影响。

同步与协作：消息队列可以用于实现任务之间的同步和协作。例如，一个任务可以等待某个特定的消息到达队列后才继续执行，从而实现任务间的同步。另外，多个任务可以通过发送和接收消息来协调彼此的执行顺序和操作。

缓冲和调节：消息队列可以充当缓冲区，用于存储一定数量的消息。当发送方发送消息速度较快，而接收方处理速度较慢时，消息队列可以暂时存储未处理的消息，避免数据丢失。同时，消息队列还可以调节发送和接收任务之间的速度差异，以平衡任务负载。

FreeRTOS 消息队列和数组的几个区别：

数据组织方式：消息队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，用于存储和传递消息。每个消息都可以包含不同类型和长度的数据。而数组是一种线性的、连续的数据结构，用于存储相同类型和长度的元素。

功能和用途：消息队列主要用于任务间通信，允许任务之间传递数据和进行同步。它提供了数据传递、解耦、同步和协作等功能。而数组通常用于存储一组具有相同类型的元素，可以进行遍历、访问和修改等操作。

大小和容量：消息队列的大小是可以动态调整的，可以根据需要增加或减少队列的容量。而数组的大小在创建时就确定，并且通常是固定的。

可用性和效率：消息队列可以实现多个任务之间的并发通信，提供了较高的可用性和灵活性。而数组通常在单个任务内进行操作，具有较高的效率和直接性

总的来说，消息队列和数组是两种不同的数据结构，适用于不同的场景和需求。消息队列主要用于任务间通信和数据传递，具有灵活性和可调节性；而数组主要用于存储相同类型的元素，并进行遍历和访问操作。选择使用哪种数据结构取决于具体的应用需求和功能要求。

创建消息队列

Queue Name：队列名称

Queue Size：队列能够存储的最大单元数目，即队列深度

Queue Size：队列中数据单元的长度，以字节为单位

Allocation：分配方式：Dynamic 动态内存创建

Buffer Name：缓冲区名称

Buffer Size：缓冲区大小

Conrol Block Name：控制块名称

创建任务

Task Name：任务名称

Priority：优先级，在 FreeRTOS 中，数值越大优先级越高，0 代表最低优先级

Stack Size (Words)：堆栈大小，单位为字，在32位处理器（STM32），一个字等于4字节，如果传入128那么任务大小为128*4字节

Entry Function：入口函数

Code Generation Option：代码生成选项

Parameter：任务入口函数形参，不用的时候配置为0或NULL即可

Allocation：分配方式：Dynamic 动态内存创建

Buffer Name：缓冲区名称

Conrol Block Name：控制块名称

代码部分

void sendTask1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask1 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=9600;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
      xsatus=xQueueSendToBack(myQueue01Handle,&buff,0);
			 if( xsatus!=pdPASS)
			 {
			 printf("输入失败\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			 printf("成功写入%d\r\n", buff);		// printf输出字符串
			 }
			 osDelay(1000);
  }
  /* USER CODE END sendTask1 */
}
void readTask3(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN readTask3 */
  BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
      xsatus=xQueueReceive(myQueue01Handle,&buff,0);
		  if( xsatus!=pdPASS)
			 {
			 printf("读取失败\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			 printf("成功读取%d\r\n", buff);		// printf输出字符串
			 }
			  osDelay(3000);
  }
  /* USER CODE END readTask3 */
}

实验现象

 
			 xsatus=xQueueSendToBack(myQueue01Handle,&buff,portMAX_DELAY);//一直等待
			 if( xsatus!=pdPASS)
			 {
			 printf("输入失败\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			 printf("成功写入%d\r\n", buff);		// printf输出字符串
			 }

还一种方式：读取不会删除信息（偷窥信息）

三，实验二：信号量

信号量是什么？适用于什么地方？

FreeRTOS中的信号量是一种用于任务间同步和资源共享的机制。它可以用来实现任务之间的互斥访问共享资源，或者在某个任务等待某个事件发生时进行阻塞。

FreeRTOS提供了两种类型的信号量：二进制信号量（Binary Semaphore）和计数信号量（Counting Semaphore）。

二进制信号量是一种简单的信号量，只有两种状态：空闲和占用。当一个任务获取到二进制信号量时，它就可以继续执行，而其他任务则会被阻塞。当任务释放二进制信号量时，其他任务可以获取到它并继续执行。

计数信号量是一种更复杂的信号量，它可以有多个资源可供获取。计数信号量可以用来实现资源池的管理，例如限制同时访问某个资源的任务数量。

在FreeRTOS中，可以使用以下函数来创建和操作信号量：

xSemaphoreCreateBinary(): 创建二进制信号量。

xSemaphoreCreateCounting(): 创建计数信号量。

xSemaphoreTake(): 获取一个信号量。

xSemaphoreGive(): 释放一个信号量。

需要注意的是，使用信号量时要确保正确的获取和释放顺序，以避免出现死锁或资源竞争的问题。

二值信号量

创建信号量

`代码部分`

void sendTask1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask1 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=9600;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		
       if( xSemaphoreTake(myBinarySem01Handle,portMAX_DELAY)!=pdPASS)
			 {
			  printf("刷新失败#信号量获取失败\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			  printf("成功刷新#信号量获取成功\r\n");		// printf输出字符串
			 }
	
			 osDelay(2000);
  }
  /* USER CODE END sendTask1 */
}
void readTask3(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN readTask3 */
  BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
  
		 	 if( xSemaphoreGive(myBinarySem01Handle)!=pdPASS)
			 {
			  printf("读取失败#信号量不能释放\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			  printf("成功读取#信号量已经释放\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			  osDelay(1000);
  }
  /* USER CODE END readTask3 */
}

实验现象

计数信号量

创建计数信号量

`代码部分`

void sendTask1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask1 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=9600;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		
       if( xSemaphoreGive(myCountingSem01Handle)!=pdTRUE)
			 {
			  printf("停车已满\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			  printf("停车成功\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 osDelay(2000);
  }
  /* USER CODE END sendTask1 */
}
void readTask3(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN readTask3 */
  BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
  
		 	 if( xSemaphoreTake(myCountingSem01Handle,0)!=pdTRUE)
			 {
			  printf("无车\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			   printf("取走车\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			  osDelay(1000);
  }
  /* USER CODE END readTask3 */
}

实验现象

四，实验三：互斥量

互斥量是什么？适用于什么地方？

FreeRTOS中的互斥量（Mutex）是一种用于保护共享资源的同步机制。它可以确保在任何给定时刻只有一个任务可以访问被保护资源，以避免竞争条件和数据损坏。

在FreeRTOS中，互斥量通过以下API函数进行创建、获取和释放：

xSemaphoreCreateMutex()：用于创建一个互斥量，并返回一个指向该互斥量的句柄。

xSemaphoreTake()：用于获取（锁定）互斥量。如果互斥量当前未被锁定，则任务可以获取互斥量并继续执行；否则，任务将被阻塞，直到互斥量可用。

xSemaphoreGive()：用于释放（解锁）互斥量。一旦任务完成了对共享资源的访问，应该调用此函数来释放互斥量，以允许其他任务获取它。
创建互斥量

`代码部分`

void sendTask1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask1 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=9600;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		 osDelay(20);
       if(xSemaphoreTake(myMutex01Handle,portMAX_DELAY)!=pdTRUE)
			 {
			   printf("1号：你上完厕所，下一个就轮到我了\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			   printf("1号：现在是我在上厕所\r\n");		// printf输出字符串
				 xSemaphoreGive(myMutex01Handle);
	       printf("1号：我上完了\r\n");		// printf输出字符串
			 }	
			 osDelay(2000);
  }
  /* USER CODE END sendTask1 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_sendTask2 */
/**
* @brief Function implementing the Task2 thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_sendTask2 */
void sendTask2(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask2 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
     xSemaphoreTake(myMutex01Handle,0); 
     printf("2号：我在厕所\r\n");		// printf输出字符串
	   osDelay(3000);
     printf("2号：我上完了\r\n");		// printf输出字符串
	   xSemaphoreGive(myMutex01Handle);
     osDelay(2000);
	}
  /* USER CODE END sendTask2 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_readTask3 */
/**
* @brief Function implementing the read thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_readTask3 */
void readTask3(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN readTask3 */
  BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
      if(xSemaphoreTake(myMutex01Handle,0)!=pdTRUE)
			 {
			   printf("3号：厕所有人，等一会儿再来\r\n");		// printf输出字符串
			 }
			 else
			 {
			    printf("3号：到我上小便了\r\n");		// printf输出字符串
	        printf("3号：我撒完尿了\r\n");		// printf输出字符串
				  xSemaphoreGive(myMutex01Handle);
			 }	 
			  osDelay(1000);
  }
  /* USER CODE END readTask3 */
}

实验现象

五，实验四：事件组

互斥量是什么？适用于什么地方？

FreeRTOS事件组是一个用于多任务协调和通信的机制。它允许任务等待多个事件同时发生，并在事件发生后恢复任务的执行。事件组可以用于线程同步、互斥、事件通知等应用场景。

FreeRTOS事件组由32位的二进制位表示，每个事件标志位对应一个事件。任务可以通过等待特定的事件标志位来挂起自己的执行，并在其中一个或多个事件标志位被设置时被唤醒。任务还可以使用事件组的API函数来设置或清除特定的事件标志位。

以下是一些常用的FreeRTOS事件组API函数：

xEventGroupCreate()：创建一个新的事件组。
vEventGroupDelete()：删除已创建的事件组。
xEventGroupSetBits()：设置一个或多个事件标志位。
xEventGroupClearBits()：清除一个或多个事件标志位。
xEventGroupWaitBits()：等待一个或多个事件标志位被设置。

使用FreeRTOS事件组可以实现任务之间的同步和通信，提高系统的可靠性和效率。
**CMSIS_V1不支持创建事件组，所以手创建 **

EventGroupHandle_t myEvent=NULL;//创建句柄
myEvent = 	xEventGroupCreate(); //创建事件组

与逻辑，事件组

任务代码：

/* USER CODE END Header_sendTask1 */
void sendTask1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask1 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=9600;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		     printf("1号：这个方案我同意了\r\n");		// printf输出字符串
         xEventGroupSetBits(myEvent,0x0001);			   
		     osDelay(2000);
  }
  /* USER CODE END sendTask1 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_sendTask2 */
/**
* @brief Function implementing the Task2 thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_sendTask2 */
void sendTask2(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask2 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		     osDelay(5000);
         printf("2号：这个方案我同意了\r\n");		// printf输出字符串
         xEventGroupSetBits(myEvent,0x0010);			   			
	}
  /* USER CODE END sendTask2 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_readTask3 */
/**
* @brief Function implementing the read thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_readTask3 */
void readTask3(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN readTask3 */
  BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
        buff=xEventGroupWaitBits(myEvent,0x0011,pdTRUE,pdTRUE,portMAX_DELAY);//1.句柄；2.哪些位；3.读完清零；4.全部有效(与逻辑)；5.等待时间
		    if(buff==0x0011)
				{
				   printf("3号：好这个方案全票同意\r\n");		// printf输出字符串
				}
			  osDelay(10000);
  }
  /* USER CODE END readTask3 */
}

实验现象

或逻辑，事件组

void sendTask1(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask1 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=9600;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		     printf("1号：这个方案我同意了\r\n");		// printf输出字符串
         xEventGroupSetBits(myEvent,0x0001);			   
		     osDelay(2000);
  }
  /* USER CODE END sendTask1 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_sendTask2 */
/**
* @brief Function implementing the Task2 thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_sendTask2 */
void sendTask2(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN sendTask2 */
	BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		     osDelay(5000);
         printf("2号：这个方案我同意了\r\n");		// printf输出字符串
         xEventGroupSetBits(myEvent,0x0010);			   			
	}
  /* USER CODE END sendTask2 */
}

/* USER CODE BEGIN Header_readTask3 */
/**
* @brief Function implementing the read thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_readTask3 */
void readTask3(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN readTask3 */
  BaseType_t xsatus;
	uint32_t buff=115200;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
        buff=xEventGroupWaitBits(myEvent,0x0011,pdTRUE,pdFALSE,portMAX_DELAY);//1.句柄；2.哪些位；3.读完清零；4.全部有效(与逻辑)；5.等待时间
		    if((buff==0x0010)||(buff==0x0001))
				{
				   printf("3号：好方案通过，下一个方案\r\n");		// printf输出字符串
				}
 
  }
  /* USER CODE END readTask3 */
}