【FreeRTOS】【STM32】04.0 FreeRTOS的使用1(创建单任务—SRAM静态内存)

我打算学习FreeRTOS时先学习如何使用它，然后再逐步展开。

RTOS 系统的核心就是任务管理
初步上手 RTOS 系统首先必须掌握任务的创建、删除、挂起和恢复等操作

任务三要素

任务主体函数，任务栈，任务控制块是一个任务的三要素

定义任务函数，静态方式下需要修改FreeRTOSConfig.h

1、Free RTOS使用xTaskCreate()或 xTaskCreateStatic()来创建任务，这两个函数的参数pxTaskCode也是函数，称作任务函数。任务函数的作用是具体实现某一项功能，比如说我们要点亮led灯那么任务函数的内容就是点亮灯。

2、我们需要定义这个任务函数。
FreeRTOS 官方给出的任务函数模板如下：

void vATaskFunction(void *pvParameters) (1)
{
	for( ; ; ) (2)
	{
		
		/*--任务应用程序-- 
		  比如点亮一个LED，
		   启动一个马达
		*/(3)
		
		vTaskDelay(); (4)
	}
	
	/* 不能从任务函数中返回或者退出， 从任务函数中返回或退出的话就会调用
	configASSERT()，前提是你定义了 configASSERT()。如果一定要从任务函数中退出的话那一定 
	要调用函数 vTaskDelete(NULL)来删除此任务。*/
	vTaskDelete(NULL); (5)
}
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所以我们仿照这个可以写出

static void LED_Task (void* parameter)(1)
{
	while (1) (2)
	{
		LED1_ON;(3)
		vTaskDelay(500); /* 延时 500 个 tick */ (4)

		LED1_OFF;
		vTaskDelay(500); /* 延时 500 个 tick */
	}
	//vTaskDelete(NULL); (5)
}
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(1)、任务函数本质也是函数，返回类型一定要为void 类型 ，任务的参数也是 void 指针类型。
(2)、任务的具体执行过程是一个大循环，for(; ; )就代表一个循环，作用和 while(1)一样
(3)、循环里面就是真正的任务代码
(4)、FreeRTOS 的延时函数，此处不一定要用延时函数，其他只要能让 FreeRTOS 发生任务切换的 API 函数都可以，比如请求信号量、队列等，甚至直接调用任务调度器。只不过最常用的就是 FreeRTOS 的延时函数。
(5)、任务函数一般不允许跳出循环，如果一定要跳出循环的话在跳出循环以后一定要调用函数 vTaskDelete(NULL)删除此任务！

空闲任务与定时器任务堆栈函数实现，静态方式下由用户自行实现

1.当使用静态方式创建任务的时候，FreeRTOSConfig.h 文件中configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION这个宏定义必须为1.
2.实现两个函数vApplicationGetIdleTaskMemory()与 vApplicationGetTimerTaskMemory(),设定的空闲（Idle）任务与定时器（Timer）任务的堆栈大小…

空闲任务与定时器任务堆栈函数实现

/* 空闲任务任务堆栈 */ 
static StackType_t Idle_Task_Stack[configMINIMAL_STACK_SIZE]; 
/* 定时器任务堆栈 */ 
static StackType_t Timer_Task_Stack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH]; 

/* 空闲任务控制块 */ 
static StaticTask_t Idle_Task_TCB; 
/* 定时器任务控制块 */ 
static StaticTask_t Timer_Task_TCB; 
 
 /**
 *******************************************************************
	 * @brief 获取空闲任务的任务堆栈和任务控制块内存
	 * ppxTimerTaskTCBBuffer : 任务控制块内存
	 * ppxTimerTaskStackBuffer : 任务堆栈内存
	 * pulTimerTaskStackSize : 任务堆栈大小
	 * @author fire
	 * @version V1.0
	 * @date 2018-xx-xx
 **********************************************************************
 */
 void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer, 
 StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer, 
 uint32_t *pulIdleTaskStackSize) 
 { 
 *ppxIdleTaskTCBBuffer=&Idle_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */ 
 *ppxIdleTaskStackBuffer=Idle_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
 *pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;/* 任务堆栈大小 */ 
 } 
 
 /**
 *********************************************************************
	 * @brief 获取定时器任务的任务堆栈和任务控制块内存
	 * ppxTimerTaskTCBBuffer : 任务控制块内存
	 * ppxTimerTaskStackBuffer : 任务堆栈内存
	 * pulTimerTaskStackSize : 任务堆栈大小
	 * @author fire
	 * @version V1.0
	 * @date 2018-xx-xx
 **********************************************************************
 */
 void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer, 
 StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer, 
 uint32_t *pulTimerTaskStackSize) 
 { 
 *ppxTimerTaskTCBBuffer=&Timer_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */ 
 *ppxTimerTaskStackBuffer=Timer_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */ 
 *pulTimerTaskStackSize=configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;/* 任务堆栈大小 */ 
 }
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定义任务栈

/* AppTaskCreate 任务任务堆栈 */
static StackType_t AppTaskCreate_Stack[128];

/* LED 任务堆栈 */
static StackType_t LED_Task_Stack[128];
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目前我们只创建了一个任务，当任务进入延时的时候，因为没有另外就绪的用户任务，那么系统就会进入空闲任务，空闲任务是 FreeRTOS 系统自己启动的一个任务，优先级最低。当整个系统都没有就绪任务的时候，系统必须保证有一个任务在运行，空闲任务就是为这个设计的。当用户任务延时到期，又会从空闲任务切换回用户任务。

在 FreeRTOS 系统中，每一个任务都是独立的，他们的运行环境都单独的保存在他们的栈空间当中。那么在定义好任务函数之后，我们还要为任务定义一个栈，目前我们使用的是静态内存，所以任务栈是一个独立的全局变量。

在大多数系统中需要做栈空间地址对齐，在 FreeRTOS 中是以 8 字节大小对齐，并且会检查堆栈是否已经对齐，其中 portBYTE_ALIGNMENT 是在 portmacro.h 里面定义的一个宏，其值为 8，就是配置为按 8 字节对齐，当然用户可以选择按 1、2、4、8、16、32 等字节对齐

定义任务控制块

任务控制块就是一个结构体，里面有非常多的成员，这些成员共同描述了任务的全部信息

 /* AppTaskCreate 任务控制块 */
static StaticTask_t AppTaskCreate_TCB;
/* AppTaskCreate 任务控制块 */
 static StaticTask_t LED_Task_TCB;
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静态创建任务

任务主体函数，任务栈，任务控制块创建之后。xTaskCreateStatic(),FreeRTOS的API函数，将任务主体函数，任务栈（静态的）和任务控制块（静态的）这三者联系在一起，让任务可以随时被系统启动。

/* 创建 AppTaskCreate 任务 */
AppTaskCreate_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)AppTaskCreate, //任务函数(1)
											(const char* )"AppTaskCreate",//任务名称(2)
											(uint32_t )128, //任务堆栈大小 (3)
											(void* )NULL, //传递给任务函数的参数(4)
											(UBaseType_t )3, //任务优先级 (5)
											(StackType_t* )AppTaskCreate_Stack, //任务堆栈(6)
											(StaticTask_t* )&AppTaskCreate_TCB); //任务控制块(7)
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(1)：任务入口函数，即任务函数的名称，需要我们自己定义并且实现
(2)：任务名字，字符串形式，最大长度由FreeRTOSConfig.h中定义的configMAX_TASK_NAME_LEN 宏指定
(3)：任务堆栈大小，单位为字，在 32 位的处理器下（STM32），一个字等于 4 个字节，那么任务大小就为 128 * 4 字节
(4)：任务入口函数形参，不用的时候配置为 0 或者 NULL 即可
(5)：任务的优先级 。优先级范围根据 FreeRTOSConfig.h 中 的 宏configMAX_PRIORITIES 决定
(6)：任务栈起始地址，只有在使用静态内存的时候才需要提供，在使用动态内存的时候会根据提供的任务栈大小自动创建
(7)：任务控制块指针，在使用静态内存的时候，需要给任务初始化函数 xTaskCreateStatic()传递预先定义好的任务控制块的
  指针。在使用动态内存的时候，任务创建函数 xTaskCreate()会返回一个指针指向任务控制块，该任务控制块是xTaskCreate()函数里面动态分配的一块内存。

启动任务

 if (NULL != AppTaskCreate_Handle) /* 创建成功 */
			 vTaskStartScheduler(); /* 启动任务，开启调度 */
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任务创建好后，是处于任务就绪（Ready），在就绪态的任务可以参与操作系统的调度。但是此时任务仅仅是创建了，还未开启任务调度器，也没创建空闲任务与定时器任务（如果使能了 configUSE_TIMERS 这个宏定义）。

每个操作系统，任务调度器只启动一次，之后就不会再次执行了FreeRTOS 中启动任务调度器的函数是 vTaskStartScheduler()，并且启动任务调度器的时候就不会返回，从此任务管理都由FreeRTOS管理，此时才是真正进入实时操作系统中的第一步。

main.c函数

1.创建好工程，移植好FreeRTOS，并且添加到工程
2.完成硬件初始化
3.修改好配置文件，创建任务就可以实现第一个main.c文件了。
在使用静态创建任务的时候必须要将 FreeRTOSConfig.h 中 的configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 宏配置为 1

/**
*********************************************************************
* @file main.c
* @author fire 参照野火FreeRTOS
* @version V1.0
* @date 2018-xx-xx
* @brief FreeRTOS v9.0.0 + STM32 工程模版
 *************************************************************************
 * 包含的头文件
 *************************************************************************
 */
 /* FreeRTOS 头文件 */
 #include "FreeRTOS.h"
 #include "task.h"
 /* 开发板硬件 bsp 头文件 硬件初始化文件，自行实现*/
 #include "bsp_led.h"
 #include "bsp_usart.h"
 
 /**************************** 任务句柄 ********************************/
 /*
 * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
 * 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
 * 这个句柄可以为 NULL。
 */
 /* 创建任务句柄 */
 static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle;
 /* LED 任务句柄 */
 static TaskHandle_t LED_Task_Handle;
 
 /******************************* 内核对象句柄 **************************/
 /*
 * 信号量，消息队列，事件标志组，软件定时器这些都属于内核的对象，要想使用这些内核
 * 对象，必须先创建，创建成功之后会返回一个相应的句柄。实际上就是一个指针，后续我
 * 们就可以通过这个句柄操作这些内核对象。
 *
 * 
 内核对象说白了就是一种全局的数据结构，通过这些数据结构我们可以实现任务间的通信，
 * 任务间的事件同步等各种功能。至于这些功能的实现我们是通过调用这些内核对象的函数
 * 来完成的
 *
 */
 
 
 /************************** 全局变量声明 *******************************/
 /*
 * 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些全局变量。
 * 静态方法创建任务的时候，需要自行实现任务堆栈和任务控制块，作为参数传递
 */
 /* AppTaskCreate 任务任务堆栈 */
 static StackType_t AppTaskCreate_Stack[128];
 /* LED 任务堆栈 */
 static StackType_t LED_Task_Stack[128];
 
 /* AppTaskCreate 任务控制块 */
 static StaticTask_t AppTaskCreate_TCB;
 /* AppTaskCreate 任务控制块 */
 static StaticTask_t LED_Task_TCB;
 
 /* 空闲任务任务堆栈 FreeRTOS创建*/
 static StackType_t Idle_Task_Stack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
 /* 定时器任务堆栈 FreeRTOS创建*/
 static StackType_t Timer_Task_Stack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH];
 
 /* 空闲任务控制块 */
 static StaticTask_t Idle_Task_TCB;
 /* 定时器任务控制块 */
 static StaticTask_t Timer_Task_TCB;
 
 /*
 *************************************************************************
 * 函数声明
 *************************************************************************
 */
 static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */
 
 static void LED_Task(void* pvParameters);/* LED_Task 任务实现 */
 
 static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 */
 
 /**
 * 使用了静态分配内存，以下这两个函数是由用户实现，函数在 task.c 文件中有引用
 *当且仅当 configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 这个宏定义为 1 的时候才有效
 */
 void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer,
 StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer,
 uint32_t *pulTimerTaskStackSize);
 
 void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,
 StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,
 uint32_t *pulIdleTaskStackSize);
 
 /*****************************************************************
 * @brief 主函数
 * @param 无
 * @retval 无
 * @note 第一步：开发板硬件初始化
 第二步：创建 APP 应用任务
 第三步：启动 FreeRTOS，开始多任务调度
 ****************************************************************/
 int main(void)
 {
	 /* 开发板硬件初始化 */
	 BSP_Init();

	 /* 创建 AppTaskCreate 任务 */
	 AppTaskCreate_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t )AppTaskCreate,
					 (const char* )"AppTaskCreate",//任务名称
					 (uint32_t )128, //任务堆栈大小
					 (void* )NULL,//传递给任务函数的参数
					 (UBaseType_t )3, //任务优先级
					 (StackType_t* )AppTaskCreate_Stack,
					 (StaticTask_t* )&AppTaskCreate_TCB);
 
 if (NULL != AppTaskCreate_Handle) /* 创建成功 */
		 vTaskStartScheduler(); /* 启动任务，开启调度 */
 
		 while (1); /* 正常不会执行到这里 */
 }
 
 
 /***********************************************************************
 * @ 函数名 ： AppTaskCreate
 * @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面
 * @ 参数 ： 无
 * @ 返回值 ： 无
 ***************************************************************/
 static void AppTaskCreate(void)
 {
	 taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
 
 /* 创建 LED_Task 任务 */
 LED_Task_Handle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t )LED_Task, //任务函数
										 (const char*)"LED_Task",//任务名称
										 (uint32_t)128, //任务堆栈大小
										 (void* )NULL, //传递给任务函数的参数
										 (UBaseType_t)4, //任务优先级
										 (StackType_t*)LED_Task_Stack,//任务堆栈
										 (StaticTask_t*)&LED_Task_TCB);//任务控制块
 
 if (NULL != LED_Task_Handle) /* 创建成功 */
		 printf("LED_Task 任务创建成功!\n");
 else
			 printf("LED_Task 任务创建失败!\n");
 
		 vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除 AppTaskCreate 任务
 
 	taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
 }
 
 
 
 /**************************************************************
 * @ 函数名 ： LED_Task
 * @ 功能说明： LED_Task 任务主体
 * @ 参数 ：
 * @ 返回值 ： 无
 ********************************************************************/
 static void LED_Task(void* parameter)
 {
	 while (1) {
	 LED1_ON;
	 vTaskDelay(500); /* 延时 500 个 tick */	 
	 LED1_OFF;
	 vTaskDelay(500); /* 延时 500 个 tick */
	 }
 }
 
 /***********************************************************************
 * @ 函数名 ： BSP_Init
 * @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
 * @ 参数 ：
 * @ 返回值 ： 无
 *********************************************************************/
 static void BSP_Init(void)
 {
	 /*
	 * STM32 中断优先级分组为 4，即 4bit 都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
	 * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
	 * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
	 */
 NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );
 
	 /* LED 初始化 */
	 LED_GPIO_Config();
	 
	 /* 串口初始化 */
	 USART_Config();
 
 }
 
 
 /**
 **********************************************************************
 * @brief 获取空闲任务的任务堆栈和任务控制块内存
 * ppxTimerTaskTCBBuffer : 任务控制块内存
 * ppxTimerTaskStackBuffer : 任务堆栈内存
 * pulTimerTaskStackSize : 任务堆栈大小
 * @author fire
 * @version V1.0
 * @date 2018-xx-xx
 **********************************************************************
 */
 void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,
									 StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,
									 uint32_t *pulIdleTaskStackSize)
 {
 *ppxIdleTaskTCBBuffer=&Idle_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */
 *ppxIdleTaskStackBuffer=Idle_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
 *pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;/* 任务堆栈大小 */
 }
 
 /**
 *********************************************************************
 * @brief 获取定时器任务的任务堆栈和任务控制块内存
 * ppxTimerTaskTCBBuffer : 任务控制块内存
 * ppxTimerTaskStackBuffer : 任务堆栈内存
 * pulTimerTaskStackSize : 任务堆栈大小
 * @author fire
 * @version V1.0
 * @date 2018-xx-xx
 **********************************************************************
 */
 void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer,
									 StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer,
									 uint32_t *pulTimerTaskStackSize)
 {
	 *ppxTimerTaskTCBBuffer=&Timer_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */
	 *ppxTimerTaskStackBuffer=Timer_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */
	 *pulTimerTaskStackSize=configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;/* 任务堆栈大小 */
 }
 
 /************************END OF FILE****************************/
 
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