FreeRTOS(总结) - 技术栈

一.FreeRTOS移植到STM32F103C8T6

可参考下述链接：【FreeRTOS移植到STM32F103C8T6超详细教程--＞＞＞基于标准库】_freertos stm32f103c8t6-CSDN博客

二.FreeRTOS移植硬件外设（串口/LED）

要学习的点：

vTaskDelete(xTask2Handle);

FreeRTOS_03_delete_task实验过程

所使用的是江科大的串口；

我们要做这些事情：

创建

任务1：任务1的大循环里，创建任务2，然后休眠一段时间

任务2：打印一句话，然后就删除自己

任务3：灯的闪烁

2.1 Serial.c

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

uint8_t Serial_RxData;
uint8_t Serial_RxFlag;

void Serial_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

void Serial_SendByte(uint8_t Byte)
{
	USART_SendData(USART1, Byte);
	while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
	uint16_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Array[i]);
	}
}

void Serial_SendString(char *String)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; String[i] != '\0'; i ++)
	{
		Serial_SendByte(String[i]);
	}
}

uint32_t Serial_Pow(uint32_t X, uint32_t Y)
{
	uint32_t Result = 1;
	while (Y --)
	{
		Result *= X;
	}
	return Result;
}

void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length)
{
	uint8_t i;
	for (i = 0; i < Length; i ++)
	{
		Serial_SendByte(Number / Serial_Pow(10, Length - i - 1) % 10 + '0');
	}
}

int fputc(int ch, FILE *f)
{
	Serial_SendByte(ch);
	return ch;
}

void Serial_Printf(char *format, ...)
{
	char String[100];
	va_list arg;
	va_start(arg, format);
	vsprintf(String, format, arg);
	va_end(arg);
	Serial_SendString(String);
}

uint8_t Serial_GetRxFlag(void)
{
	if (Serial_RxFlag == 1)
	{
		Serial_RxFlag = 0;
		return 1;
	}
	return 0;
}

uint8_t Serial_GetRxData(void)
{
	return Serial_RxData;
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
	if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
	{
		Serial_RxData = USART_ReceiveData(USART1);
		Serial_RxFlag = 1;
		USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);
	}
}

2.2Serial.h

cpp 复制代码

#ifndef __SERIAL_H
#define __SERIAL_H

#include <stdio.h>

void Serial_Init(void);
void Serial_SendByte(uint8_t Byte);
void Serial_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length);
void Serial_SendString(char *String);
void Serial_SendNumber(uint32_t Number, uint8_t Length);
void Serial_Printf(char *format, ...);

uint8_t Serial_GetRxFlag(void);
uint8_t Serial_GetRxData(void);

#endif

2.3 LED.c

cpp 复制代码

 #include "stm32f10x.h"                  // Device header

void LED_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
}

void LED1_ON(void)
{
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}

void LED1_OFF(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
}

void LED1_Turn(void)
{
	if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) == 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);
	}
}

void LED2_ON(void)
{
	GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

void LED2_OFF(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
}

void LED2_Turn(void)
{
	if (GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_2) == 0)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
	else
	{
		GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_2);
	}
}

2.4 LED.h

cpp 复制代码

#ifndef __LED_H
#define __LED_H

void LED_Init(void);
void LED1_ON(void);
void LED1_OFF(void);
void LED1_Turn(void);
void LED2_ON(void);
void LED2_OFF(void);
void LED2_Turn(void);

#endif

2.5 main.c

cpp 复制代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "LED.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "Serial.h"

TaskHandle_t xTask2Handle;
static void prvSetupHardware( void );

void vTask2( void *pvParameters )
{
	/* 打印任务的信息 */
	Serial_SendString("Task2 is running and about to delete itself\r\n");
	// 可以直接传入参数NULL, 这里只是为了演示函数用法
	vTaskDelete(xTask2Handle);
}

void vTask1(void *pvParameters)
{
    const TickType_t xDelay100ms = pdMS_TO_TICKS(100UL);
    BaseType_t ret;
    
    while(1)
    {
        Serial_SendString("Task1 is running\r\n");
        
        ret = xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 2, &xTask2Handle);
        if(ret != pdPASS)
            Serial_SendString("Create Task2 Failed\r\n");
            
        vTaskDelay(xDelay100ms);//任务1 Block期间，轮到Idle任务执行：它释放任务2的内存(TCB、栈)
    }
}
//LED1任务函数
void led1_task(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
		const TickType_t xDelay1000ms = pdMS_TO_TICKS(1000UL);
		const TickType_t xDelay2000ms = pdMS_TO_TICKS(2000UL);
        LED1_ON();
        vTaskDelay(xDelay1000ms);
        LED1_OFF();
        vTaskDelay(xDelay2000ms);
    }
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : main
* 函数功能		   : 主函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
int main( void )
{
	prvSetupHardware();
	
	xTaskCreate(vTask1, "Task 1",1000, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(led1_task, "Task 3",100, NULL, 1, NULL);
	/* 启动调度器 */
	vTaskStartScheduler();
	/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
	return 0;
}

static void prvSetupHardware( void )
{
	Serial_Init();
	LED_Init();
}

结果

分析

main函数中创建任务1，优先级为1。LED的，优先级为1，

任务1运行时，它创建任务2，任务2的优先级是2。

任务2的优先级最高，它马上执行。

任务2打印一句话后，就删除了自己。

任务2被删除后，任务1的优先级和LED优先级一致，交替执行；轮到任务1继续运行，它调用 vTaskDelay() 进入Block状态；

任务1 Block期间，轮到Idle任务执行：它释放任务2的内存(TCB、栈)，时间到后，任务1变为最高优先级的任务继续执行，如此循环。

三.FreeRTOS Use Simulator

四.FreeRTOS钩子函数引发的思考

实验过程

还是针对上述

"二.FreeRTOS移植硬件外设（串口/LED）"

要学习的点：**vTaskDelete(xTask2Handle);**FreeRTOS_03_delete_task实验过程

我们可以看到在vTask1里面有这句话在vTask1 Delay阻塞 任务1 Block期间，轮到Idle任务执行：它释放任务2的内存(TCB、栈)； 我如果把这句话注释掉呢，是不是就"Create Task2 Failed\r\n"；

我如果把这句话注释掉呢，是不是就"Create Task2 Failed\r\n"；试了一下还真是，如下图：

那我转过来一想欸不对呀，led1_task不也有vTaskDelay吗，为啥"Create Task2 Failed\r\n" 空闲任务不会回收Task2的"尸体"吗；

问了一下Al 才想起来都是1的优先级，原来 led1_task阻塞的时候，Task 1又开始了；idle任务根本没机会执行啊；所以会报"Create Task2 Failed\r\n"

xTaskCreate(vTask1, "Task 1",1000, NULL, 1, NULL);

xTaskCreate(led1_task, "Task 3",100, NULL, 1, NULL);

那钩子函数是干什么的呢；请看；今天看韦东山老师的课程和资料；看到

释放被删除的任务的内存，对于自杀来说 vTaskDelete(NULL);，那么由空闲任务来清理"尸体"

只要有机会让空闲任务来执行

就是让由空闲任务来执行的机会；

空闲任务优先级与调度机制

空闲任务的优先级为0，是系统中最低优先级的任务。当任何用户任务进入就绪状态时，调度器会立即将空闲任务切换出去，让用户任务运行。这种机制称为用户任务对空闲任务的"抢占"（pre-emption）。

任务删除与内存释放

使用vTaskDelete()删除任务时，必须确保空闲任务有机会执行。因为被删除任务的内存释放是由空闲任务完成的。如果空闲任务无法运行，可能导致内存泄漏。

空闲任务钩子函数

空闲任务钩子函数（Idle Task Hook Functions）在空闲任务每次循环时被调用。它的主要用途包括：

执行低优先级、后台、连续执行的函数。这类函数不适合在高优先级任务中运行，但可以在空闲任务中处理。
测量系统空闲时间。空闲任务能够运行意味着所有高优先级任务都处于阻塞状态，通过测量空闲任务的执行时间可以计算处理器的占用率。公式如下： [ \text{CPU占用率} = 100% - \left(\frac{\text{空闲任务执行时间}}{\text{总时间}}\right) \times 100% ]
进入省电模式。当空闲任务运行时，表明系统没有重要任务需要处理，此时可以触发低功耗模式以节省能源。

实现钩子函数的注意事项

钩子函数应尽可能简短，避免长时间阻塞空闲任务。
钩子函数中不应调用可能导致任务阻塞的API（如vTaskDelay()）。
如果启用钩子函数，需在FreeRTOS配置文件中设置configUSE_IDLE_HOOK为1。