STM32 FreeRTOS уведомления задач

 Операционная система FreeRTOS содержит некоторое количество инструментов для коммуникации задачи и обработчиков прерываний между собой. Для этого можно использовать бинарные семафоры и даже, рассмотренные ранее, очереди но если нужно организовать максимально быстрое и не затратное по памяти решение то лучше всего подойдут "уведомления задач" (Task Notifications). Уведомления задач имеются в новых версиях FreeRTOS и могут передавать не только уведомления но и некоторое небольшое количество данных, 32 бита. Уведомления задач на 40% работают быстрее бинарных семафоров и в 90% случаев могут их заменить. Попробуем изучить уведомления задач на простом примере. Допустим у нас есть прерывание по приему на UART1 после получения данных в UART1, в обработчике прерывания, упакуем принятый байт данных и отправим как уведомление в задачу.Задача примет байт и отправит его в UART1. Таким образом мы получим простой эхо режим, работающий через задачу и использующий уведомление задачи. Чтобы использовать уведомление задачи нужно сначала инициализировать её хэндл.

В функции main когда мы создаем задачу то в функцию xTaskCreate, последним параметром, передаем этот хэндл.

Он, в последствии, будет использоваться для передачи уведомлений. Периферию настраиваем как обычно, включаем UART1, 

не будем на этом останавливаться см. предыдущие уроки.

Сейчас нас интересуют две функции. Это сама задача и обработчик прерывания по приему UART1.

В обработчике прерывания принимаем байт.

Далее используя специальную функцию для отправки уведомлений задачам из прерывания.

Отправляем уведомление задаче. Важно в прерывании использовать именно такую функцию. Если нужно отправить уведомление от задачи к задаче то есть другая похожая.

В этой функции хэндл задачи указываем первым параметром. Вторым параметром передаем принятый байт, предварительно приведя его к нужному типу.

Третьим параметром передаем константу означающую перезапись значения если задача не успела его вовремя принять и обработать. 

Ну и остальное просто оставим пока как есть. В самой задаче, объявляем переменную в которую будем принимать байт от UART1.

В бесконечном цикле задачи проверяем когда в задачу придет уведомление. Когда оно приходит, извлекаем принятый байт.

После отправляем его обратно в UART1.

Полный код файла main.c проекта, можно скопировать от сюда:

#include <stm32f10x.h> #include <stm32f10x_rcc.h> #include <stm32f10x_gpio.h> #include <stm32f10x_usart.h> #include "stm32f10x.h" #include "FreeRTOS.h" #include "task.h" #include "misc.h" // Хэндл задачи для работы с UART TaskHandle_t xUartTaskHandle = NULL; // Прототипы функций настройки периферии SPL void UART1_Init(void); // 1. Задача обработки данных из UART void vUartTask(void *pvParameters) { uint32_t ulReceivedValue; // Включаем прерывание на прием (RXNE) после запуска задачи USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); for(;;) { // Ожидаем уведомления. Принятое 32-битное значение запишется в ulReceivedValue // 0x00, 0x00 означает, что биты уведомления очищать при входе/выходе не нужно if(xTaskNotifyWait(0x00, 0x00, &ulReceivedValue, portMAX_DELAY) == pdTRUE) { // Извлекаем наш байт (символ) из нижних 8 бит 32-битного значения uint8_t rx_char = (uint8_t)(ulReceivedValue & 0xFF); // Эхо: Отправляем символ обратно в UART1 (простая отправка в SPL) while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART1, rx_char); } } } // 2. Обработчик прерывания USART1 (SPL стандартное имя) void USART1_IRQHandler(void) { // Проверяем, что прерывание вызвано флагом "Приемный регистр не пуст" if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) { // Считываем байт из регистра данных (очищает флаг RXNE автоматически) uint8_t received_byte = (uint8_t)USART_ReceiveData(USART1); BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; // Отправляем байт НАПРЯМУЮ в задачу как значение (перезаписывая предыдущее, если задача не успела считать) xTaskNotifyFromISR(xUartTaskHandle, // Кому (uint32_t)received_byte, // Что (данные) eSetValueWithOverwrite, // Действие &xHigherPriorityTaskWoken); // Флаг разблокировки // Если задача vUartTask имеет более высокий приоритет — переключаемся на нее сразу portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken); } } // 3. Функция инициализации GPIO, USART1 и NVIC средствами SPL void UART1_Init(void) { // Включаем тактирование GPIOA, USART1 и альтернативных функций (AFIO) RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // Настройка PA9 (USART1_TX) как Alternate Function Push-Pull GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // Настройка PA10 (USART1_RX) как Floating Input GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // Настройка параметров самого USART1 (115200, 8-N-1) USART_InitTypeDef USART_InitStructure; USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//14400;//9600;//115200; USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); // Конфигурация прерываний NVIC для USART1 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; // Внимание: приоритет должен быть числом >= configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 11; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // Включаем UART1 USART_Cmd(USART1, ENABLE); } int main(void) { // Настройка групп приоритетов NVIC (обязательно для FreeRTOS на Cortex-M3) NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); // Инициализируем периферию UART1_Init(); // Создаем задачу обработки UART xTaskCreate(vUartTask, "UartTask", configMINIMAL_STACK_SIZE + 50, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 3, &xUartTaskHandle); // Запускаем планировщик vTaskStartScheduler(); while (1); } // нужно для работы функции GPIO_Init() иначе появиться ошибка #ifdef USE_FULL_ASSERT /** * @brief Вызывается в случае, если assert_param обнаружил ошибку в аргументах функции. * @param file: указатель на имя исходного файла, где произошла ошибка * @param line: номер строки, где произошла ошибка * @retval None */ void assert_failed(uint8_t* file, uint32_t line) { // Здесь можно поставить точку останова для отладки // или организовать вывод ошибки в UART while (1) { } } #endif

Его можно вставить в свой проект и откомпилировать запустив скрипт. О том как скачать и настроить проект а также откомпилировать см. первый урок по FreeRTOS. Если откомпилировать проект получилось то можно его загрузить в микроконтроллер. Подключить его через usb-uart переходник к компьютеру и в каком либо терминале последовательного порта наблюдать работу.

Адрес биткоин кошелька для поддержки канала - bc1qlhrmmkh77x2lzhqe4lt9qwkglswj64tsqt2l5g

Визуализация работы кольцевого буфера

 Кольцевой буфер часто применяют для эффективного обмена данными между асинхронными процессами без использования динамической памяти. Прерывания часто являются асинхронными поскольку часто за ранее не известно когда они могут произойти. А выделение динамической памяти в программе на микроконтроллере, часто не имеет большого смысла т.к. часто может контролироваться вся оперативная память которую можно заранее поделить между задачами в отличии от программ для ПК в которых оперативной памяти, как правило, гораздо больше и имеет смысл запрашивать её и возвращать в общую кучу для других программ. Кольцевой буфер, как правило, служит удобным и эффективным временным хранилищем данных и помогает избежать потери данных. Кольцевой буфер это не единственный способ избежать потери данных но в отличии от например очереди он требует меньше тактов процессора на прием и передачу данных из за особенностей своей работы а также просто реализуется программно и поэтому часто используется в микроконтроллерах. Принцип работы кольцевого буфера можно понять по визуализации:

Кольцевой буфер с перезаписью (Overwrite)

➔

➔

Буфер пуст

Адрес биткоин кошелька для поддержки канала - bc1qlhrmmkh77x2lzhqe4lt9qwkglswj64tsqt2l5g