1.前言
在嵌入式操作系统中二值型信号量是任务间、任务与中断间同步的重要手段。FreeRTOS的二值型信号量简单易用,下面结合一个具体例子说明FreeRTOS中的二值型信号量如何使用。
【相关博文】
【如何在FreeRTOS下实现低功耗——MSP430F5438平台】
【代码链接】——示例代码存于百度网盘
2.特别说明
二值型信号量的使用方法见图1所示,二值型信号量可以理解为任务与中断间或者两个任务间的标志,该标志非“满”即“空”。Send操作相当把该标志置“满”,Receive操作相关与把该标志取"空",经过send和receive操作实现任务与中断间或者两任务的操作同步。
图1 二值型信号量使用示意图
【特别说明】
V7.X版本和V8.X的信号量操作存在少许区别
V7.X版本中使用vSemaphoreCreateBinary函数,使用该函数创建的信号量初始值为“满”,receive操作立刻有返回。相关代码见文章末尾补充代码1,从补充代码1中可以发现,创建信号量之后立刻调用xSemaphoreGive函数,使得信号量由“空”变“满”。
V8.X版本中使用xSemaphoreCreateBinary函数,使用该函数创建的信号量初始值为“空”,receive操作不会立刻返回。
3.参考代码
示例代码具有一个128字节的串口接收缓冲区,在串口中断中把接收到的字符存入缓冲区中,一旦接收到回车换行符(\r\n),便通过xSemaphoreGiveFromISR把信号量置“满”,打印任务中使用xSemaphoreTake实现于中断接收函数的同步,xSemaphoreTake把任务挂起,一旦查询到信号量为“满”,通过串口打印结束到的内容,并清空缓冲区。
【示例代码】
/* Standard includes. */ #include <stdio.h> #include <string.h> /* Scheduler includes. */ #include "FreeRTOS.h" #include "task.h" #include "queue.h" #include "semphr.h" /* Library includes. */ #include "stm32f10x.h" #define LED0_ON() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); #define LED0_OFF() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); static void Setup(void); static void PrintTask(void *pvParameters); void LedInit(void); void UART1Init(void); uint8_t RxBuffer[128]; __IO uint8_t RxCounter = 0; SemaphoreHandle_t xSemaphore; int main(void) { /* 初始化硬件平台 */ Setup(); /* 创建信号量 */ xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary(); /* 建立Print任务 */ xTaskCreate(PrintTask, "Print Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY+4, NULL); /* 启动OS */ vTaskStartScheduler(); return 0; } void PrintTask(void *pvParameters) { for(;;) { if( xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY ) == pdTRUE ) { printf("receive:%s", RxBuffer); memset(RxBuffer, 0x00, 128); RxCounter = 0; } } } static void Setup( void ) { LedInit(); UART1Init(); } void LedInit( void ) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); /*LED0 @ GPIOB.5*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure ); } void UART1Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; USART_InitTypeDef USART_InitStructure; /* 第1步:打开GPIO和USART时钟 */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); /* 第2步:将USART1 [email protected]的GPIO配置为推挽复用模式 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* 第3步:将USART1 [email protected]的GPIO配置为浮空输入模式 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /* 第4步:配置USART1参数 波特率 = 9600 数据长度 = 8 停止位 = 1 校验位 = No 禁止硬件流控(即禁止RTS和CTS) 使能接收和发送 */ USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600; 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); /* 第5步:使能 USART1, 配置完毕 */ USART_Cmd(USART1, ENABLE); /* 清除发送完成标志 */ USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC); /* 使能USART1发送中断和接收中断,并设置优先级 */ NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 设定USART1 中断优先级 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /* 使能接收中断 */ USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); } int fputc(int ch, FILE *f) { /* 写一个字节到USART1 */ USART_SendData(USART1, (uint8_t) ch); /* 等待发送结束 */ while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET) {} return ch; } void USART1_IRQHandler(void) { static BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken; if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) { RxBuffer[RxCounter++] = USART_ReceiveData(USART1); if (RxCounter > 2 && RxBuffer[RxCounter-2] == ‘\r‘ && RxBuffer[RxCounter-1] == ‘\n‘) { // 在中断中发送信号量 xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken ); } } portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); }
4.简单说明
SemaphoreHandle_t xSemaphore;
信号量句柄,二值型信号量、数值型信号量和互斥型信号量均使用SemaphoreHandle_t类型声明
xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
创建信号量,V8.X版本中新增加函数,创建信号量时初值为“空”。
xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken );
在中断中发送信号量,以FromISR结尾的函数具有保护功能,如果在任务中发送信号量可使用xSemaphoreGive。
xSemaphoreTake( xSemaphore, portMAX_DELAY );
等待信号量,等待时间为最大等待时间,如果信号量为“空”任务会处于挂起状态。
5.在中断中使用RTOS API注意点
【FromISR】
应使用xSemaphoreGiveFromISR,而不是xSemaphoreGive。
【中断优先级设置】
串口中断的优先级应该低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY(191,从另一个角度可以理解为11)设置的最高优先级,本文UART的响应优先级为configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY(该宏的具体值为15,数值越大优先级越低)。
【main.c】
/* 使能USART1发送中断和接收中断,并设置优先级 */
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* 设定USART1 中断优先级 */
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
【FreeRTOSConfig.h】
/* This is the raw value as per the Cortex-M3 NVIC. Values can be 255
(lowest) to 0 (1?) (highest). */
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 255
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 191 /* equivalent to 0xb0, or priority 11. */
/* This is the value being used as per the ST library which permits 16
priority values, 0 to 15. This must correspond to the
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY setting. Here 15 corresponds to the lowest
NVIC value of 255. */
#define configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 15
鉴于Cortex M3的NVIC的特性,请详细参考——【在Cortex M3平台上运行FreeRTOS】
5.总结
【1】V8.X中使用xSemaphoreCreateBinary()创建的信号量初始值为"空"。
【2】中断中发送信号量尽量使用XXXXFromISR。
【3】某中断的优先级数值应大于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY。
【补充代码1】——vSemaphoreCreateBinary函数实现代码
#define vSemaphoreCreateBinary( xSemaphore ) { ( xSemaphore ) = xQueueGenericCreate( ( unsigned portBASE_TYPE ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE ); if( ( xSemaphore ) != NULL ) { ( void ) xSemaphoreGive( ( xSemaphore ) ); } }
6.参考资料
【 STM32与FreeRTOS学习备忘,xSemaphoreGiveFromISR】