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[● 其他应用函数](#● 其他应用函数)
[● main()函数](#● main()函数)
[● 任务函数](#● 任务函数)
2.L6218E：xTimerPendFunctionCallFromISR报错
L6218E：xTimerCreateTimerTask报错
实验名字：队列操作实验
1 、实验目的
学习使用 FreeRTOS 的队列相关 API 函数，学会如何在任务或中断中向队列发送消息或者 从队列中接收消息。
2 、实验设计
本实验设计三个任务：start_task、task1_task 、Keyprocess_task 这三个任务的任务功能如下： start_task：用来创建其他 2 个任务。
task1_task ：读取按键的键值，然后将键值发送到队列 Key_Queue 中，并且检查队列的剩 余容量等信息。
Keyprocess_task ：按键处理任务，读取队列 Key_Queue 中的消息，根据不同的消息值做相 应的处理。
实验需要三个按键 KEY_UP 、KEY2 和 KEY0 ，不同的按键对应不同的按键值， 任务 task1_task 会将这些值发送到队列 Key_Queue 中。
实验中创建了两个队列 Key_Queue 和 Message_Queue，队列 Key_Queue 用于传递按键值， 队列 Message_Queue 用于传递串口发送过来的消息。
实验还需要两个中断，一个是串口 1 接收中断，一个是定时器 2 中断，他们的作用如下： 串口 1 接收中断：接收串口发送过来的数据，并将接收到的数据发送到队列 Message_Queue 中。 定时器 2 中断：定时周期设置为 500ms，在定时中断中读取队列 Message_Queue 中的消息，并 将其显示在 LCD 上。
3 、实验工程
下面是实验例程，有需要自取。
通过百度网盘分享的文件：FreeRTOS实验13-1 FreeRTOS队列操作实验
链接：https://pan.baidu.com/s/19wyteow1w0eVeIwCqQB7gg
提取码：y1bf
4 、实验程序与分析
●任务设置
//任务优先级
#define START_TASK_PRIO 1
//任务堆栈大小
#define START_STK_SIZE 256
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);
//任务优先级
#define TASK1_TASK_PRIO 2
//任务堆栈大小
#define TASK1_STK_SIZE 256
//任务句柄
TaskHandle_t Task1Task_Handler;
//任务函数
void task1_task(void *pvParameters);
//任务优先级
#define KEYPROCESS_TASK_PRIO 3
//任务堆栈大小
#define KEYPROCESS_STK_SIZE 256
//任务句柄
TaskHandle_t Keyprocess_Handler;
//任务函数
void Keyprocess_task(void *pvParameters);
(1)、队列 Key_Queue 用来传递按键值的，也就是一个 u8 变量，所以队列长度为 1 就行了。 并且消息长度为 1 个字节。
(2)、队列 Message_Queue 用来传递串口接收到的数据，队列长度设置为 4，每个消息的长 度为 USART_REC_LEN(在 usart.h 中有定义)。
● 其他应用函数
在 main.c 中还有一些其他的函数，如下：
//LCD刷屏时使用的颜色
int lcd_discolor[14]={ WHITE, BLACK, BLUE, BRED,
GRED, GBLUE, RED, MAGENTA,
GREEN, CYAN, YELLOW,BROWN,
BRRED, GRAY };
//用于在LCD上显示接收到的队列的消息
//str: 要显示的字符串(接收到的消息)
void disp_str(u8* str)
{
LCD_Fill(5,230,110,245,WHITE); //先清除显示区域
LCD_ShowString(5,230,100,16,16,str);
}
//加载主界面
void freertos_load_main_ui(void)
{
POINT_COLOR = RED;
LCD_ShowString(10,10,200,16,16,"ATK STM32F103/407");
LCD_ShowString(10,30,200,16,16,"FreeRTOS Examp 13-1");
LCD_ShowString(10,50,200,16,16,"Message Queue");
LCD_ShowString(10,70,220,16,16,"KEY_UP:LED1 KEY0:Refresh LCD");
LCD_ShowString(10,90,200,16,16,"KEY1:SendMsg KEY2:BEEP");
POINT_COLOR = BLACK;
LCD_DrawLine(0,107,239,107); //画线
LCD_DrawLine(119,107,119,319); //画线
LCD_DrawRectangle(125,110,234,314); //画矩形
POINT_COLOR = RED;
LCD_ShowString(0,130,120,16,16,"DATA_Msg Size:");
LCD_ShowString(0,170,120,16,16,"DATA_Msg rema:");
LCD_ShowString(0,210,100,16,16,"DATA_Msg:");
POINT_COLOR = BLUE;
}
//查询Message_Queue队列中的总队列数量和剩余队列数量
void check_msg_queue(void)
{
u8 *p;
u8 msgq_remain_size; //消息队列剩余大小
u8 msgq_total_size; //消息队列总大小
taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
msgq_remain_size=uxQueueSpacesAvailable(Message_Queue);//得到队列剩余大小
msgq_total_size=uxQueueMessagesWaiting(Message_Queue)+uxQueueSpacesAvailable(Message_Queue);//得到队列总大小，总大小=使用+剩余的。
p=mymalloc(SRAMIN,20); //申请内存
sprintf((char*)p,"Total Size:%d",msgq_total_size); //显示DATA_Msg消息队列总的大小
LCD_ShowString(10,150,100,16,16,p);
sprintf((char*)p,"Remain Size:%d",msgq_remain_size); //显示DATA_Msg剩余大小
LCD_ShowString(10,190,100,16,16,p);
myfree(SRAMIN,p); //释放内存
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}
定时器 9 的中断服务函数会调用函数 disp_str()在 LCD 上显示从队列 Message_Queue 接收 到 的消 息 。 函数 freertos_load_main_ui() 就 是在屏幕上 画 出 实验 的初始 UI 界面 。 函数 check_msg_queue()用于查询队列Message_Queue 的相关信息，比如队列总大小，队列当前剩余 大小。
(1)、调用函数 uxQueueSpacesAvailable()获取队列 Message_Queue 的剩余大小。
(2)、调用函数 uxQueueMessagesWaiting()获取队列当前消息数量，也就是队列的使用量，将 其与函数 uxQueueSpacesAvailable()获取到的队列剩余大小相加就是队列的总大小。
● main() 函数
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
KEY_Init(); //初始化按键
BEEP_Init(); //初始化蜂鸣器
LCD_Init(); //初始化LCD
TIM2_Int_Init(5000,7200-1); //初始化定时器2，周期500ms
my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池
freertos_load_main_ui(); //加载主UI
//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
}
● 任务函数
//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
//创建消息队列
Key_Queue=xQueueCreate(KEYMSG_Q_NUM,sizeof(u8)); //创建消息Key_Queue
Message_Queue=xQueueCreate(MESSAGE_Q_NUM,USART_REC_LEN); //创建消息Message_Queue,队列项长度是串口接收缓冲区长度
//创建TASK1任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )task1_task,
(const char* )"task1_task",
(uint16_t )TASK1_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )TASK1_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&Task1Task_Handler);
//创建TASK2任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )Keyprocess_task,
(const char* )"keyprocess_task",
(uint16_t )KEYPROCESS_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )KEYPROCESS_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&Keyprocess_Handler);
vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}
//task1任务函数
void task1_task(void *pvParameters)
{
u8 key,i=0;
BaseType_t err;
while(1)
{
key=KEY_Scan(0); //扫描按键
if((Key_Queue!=NULL)&&(key)) //消息队列Key_Queue创建成功,并且按键被按下
{
err=xQueueSend(Key_Queue,&key,10);
if(err==errQUEUE_FULL) //发送按键值
{
printf("队列Key_Queue已满，数据发送失败!\r\n");
}
}
i++;
if(i%10==0) check_msg_queue();//检Message_Queue队列的容量
if(i==50)
{
i=0;
LED0=!LED0;
}
vTaskDelay(10); //延时10ms，也就是10个时钟节拍
}
}
//Keyprocess_task函数
void Keyprocess_task(void *pvParameters)
{
u8 num,key;
while(1)
{
if(Key_Queue!=NULL)
{
if(xQueueReceive(Key_Queue,&key,portMAX_DELAY))//请求消息Key_Queue
{
switch(key)
{
case WKUP_PRES: //KEY_UP控制LED1
LED1=!LED1;
break;
case KEY2_PRES: //KEY2控制蜂鸣器
BEEP=!BEEP;
break;
case KEY0_PRES: //KEY0刷新LCD背景
num++;
LCD_Fill(126,111,233,313,lcd_discolor[num%14]);
break;
}
}
}
vTaskDelay(10); //延时10ms，也就是10个时钟节拍
}
}
(1)、在使用队列之前要先创建队列，调用函数 xQueueCreate()创建队列 Key_Queue，队列 长度为 1，每个队列项(消息)长度为 1 个字节。
(2) 、同样的创建队列 Message_Queue ，队列长度为 4 ，每个队列项 ( 消息) 长度为 USART_REC_LEN ，USART_REC_LEN 为 50。
(3)、获取到按键键值以后就调用函数 xQueueSend()发送到队列Key_Queue 中，由于只有一 个队列 Key_Queue 只有一个队列项，所以此处也可以用覆写入队函数 xQueueOverwrite()。
(4)、调用函数 check_msg_queue()检查队列信息，并将相关的信息显示在 LCD 上，如队列 总大小，队列剩余大小等。
(5)、调用函数 xQueueReceive()获取队列 Key_Queue 中的消息
(6)、变量 key 保存着获取到的消息，也就是按键值，这里根据不同的按键值做不同的处理。
●中断初始化及处理过程
本实验用到了两个中断，串口 1 的接收中断和定时器 9 的定时中断，串 口 1 的具体配置看 基础例程中的串口实验就可以了，这里要将串口中断接收缓冲区大小改为 50，如下：
#define USART_REC_LEN 50 //定义最大接收字节数 50
#define EN_USART1_RX 1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收
还要注意！由于要在中断服务函数中使用 FreeRTOS 中的 API 函数，所以一定要注意中断 优先级的设置，这里设置如下：
void uart_init(u32 bound)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟
//USART1_TX GPIOA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
//USART1_RX GPIOA.10初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=7 ;//抢占优先级7
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //子优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口1
}
注意串口中断优先级设置，这里设置抢占优先级为 7，子优先级为 0。这个优先 级中可以调用 FreeRTOS 中的 API 函数。串口 1 的中断服务函数如下：
void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序
{
u8 Res;
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
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;//接收数据错误,重新开始接收
}
}
}
}
//就向队列发送接收到的数据
if((USART_RX_STA&0x8000)&&(Message_Queue!=NULL))
{
xQueueSendFromISR(Message_Queue,USART_RX_BUF,&xHigherPriorityTaskWoken);//向队列中发送数据
USART_RX_STA=0;
memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN);//清除数据接收缓冲区USART_RX_BUF,用于下一次数据接收
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的话进行一次任务切换
}
}
(1)、判断是否接收到数据，如果接收到数据的话就要将数据发送到队列Message_Queue 中，
(2)、调用函数 xQueueSendFromISR()将串口接收缓冲区 USART_RX_BUF[]中接收到的数据 发送到队列 Message_Queue 中。
(3)、发送完成以后要将串口接收缓冲区 USART_RX_BUF[]清零。
(4) 、 如 果 需 要 进 行 任 务 调 度 的 话 在 退 出 串 口 中 断 服 务 函 数 之 前 调 用 函 数 portYIELD_FROM_ISR()进行一次任务调度。
在定时 2 的中断服务函数中请求队列 Message_Queue 中的数据并将请求到的消息显示在 LCD 上，定时器 2 的定时周期设置为 500ms，定时器初始化很简单，唯一要注意的就是中断优 先级的设置，如下：
//中断优先级NVIC设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //TIM2中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; //先占优先级4级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //初始化NVIC寄存器
定时器 2 的中断服务函数是重点，代码如下：
extern QueueHandle_t Message_Queue; //信息队列句柄
extern void disp_str(u8* str);
//定时器2中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
u8 *buffer;
BaseType_t xTaskWokenByReceive=pdFALSE;
BaseType_t err;
if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
{
buffer=mymalloc(SRAMIN,USART_REC_LEN);
if(Message_Queue!=NULL)
{
memset(buffer,0,USART_REC_LEN); //清除缓冲区
err=xQueueReceiveFromISR(Message_Queue,buffer,&xTaskWokenByReceive);//请求消息Message_Queue
if(err==pdTRUE) //接收到消息
{
disp_str(buffer); //在LCD上显示接收到的消息
}
}
myfree(SRAMIN,buffer); //释放内存
portYIELD_FROM_ISR(xTaskWokenByReceive);//如果需要的话进行一次任务切换
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
(1)、从队列中获取消息也是采用数据拷贝的方式，所以我们要先准备一个数据缓冲区用来 保存从队列中获取到的消息。这里通过动态内存管理的方式分配一个数据缓冲区，这个动态内 存管理方法是 ALIENTEK 编写的，具体原理和使用方法请参考基础例程中的内存管理实验。当 然了，也可以使用 FreeRTOS 提供的动态内存管理函数。直接提供一个数组也行，这个数据缓 冲区的大小一定要和队列中队列项大小相同，比如本例程就是 USART_REC_LEN。
(2) 、清除缓冲区。
(3)、调用函数 xQueueReceiveFromISR()从队列 Message_Queue 中获取消息。
(4)、如果获取消息成功的话就调用函数 disp_str()将获取到的消息显示在 LCD 上。
(5)、使用完成以后就释放(3)中申请到的数据缓冲区内存。
(6)、 如 果 需 要 进 行 任 务 调 度 的 话 在 退 出 定 时 器 的 中 断 服 务 函 数 之 前 调 用 函 数 portYIELD_FROM_ISR()进行一次任务调度。
5.程序运行结果分析
编译并下载实验代码到开发板中，打开串口调试助手，LCD 默认显示如图;
通过串口调试助手给开发板发送一串字符串，比如"ALIENTEK " ，由于定时器 9 会周期 性的读取队列 Message_Queue 中的数据，当读取成功以后就会将相应的数据显示在 LCD 上， 所以 LCD 上会显示字符串"ALENTEK "
通过串口向开发板发送数据的时候注意观察队列 Message_Queue 剩余大小的变化，最后按 不同的按键看看有什么反应，是否和我们的代码中设置的相同
6.进行实验移植时所遇到的问题
1.项目中mymalloc等函数缺少
原因：源文件缺少malloc.c的相关代码，相关代码在例程中被包含在MALLOC文件夹里，移植时按需要添加。
2.L6218E：xTimerPendFunctionCallFromISR报错
L6218E：xTimerCreateTimerTask报错
解决方法，
1.查看( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) && ( INCLUDE_xTimerPendFunctionCall == 1 ) && ( configUSE_TIMERS == 1 )是否成立，需要Ctrl+F 强制寻找，如果没有上面三个函数没有定义或没有置为1，则将他们置为1.
2.将FreeRTOS附加代码timers.c添加到工程文件中，即可解决该问题。
