RTOS: синхронизация задач часть 1

     Теперь мы модифицируем программу написанную ранее в примере "FreeRTOS: запуск планировщика" с учетом средств совместного доступа задач к ресурсам микроконтроллера.

     Часто бывает что две и более задач пытаются использовать один аппаратный ресурс микроконтроллера, например порт uart, для организации  совместного доступа к ресурсу можно использовать мьютексы либо критические секции. В данном примере речь пойдет о мьютексе.

     В общем случае можно сказать что мьютекс - это механизм блокировки, который используется для синхронизации доступа к некоторому ресурсу в то время как бинарный семафор - относится к сигнальному механизму. Только одна задача может получить мьютекс и только она может вернуть его. Далее в примерах будет рассмотрен бинарный семафор который может показаться идентичным мьютексу но это не так.

     Приоритет задачи, которая «принимает» мьютекс, потенциально может быть повышен, если другая задача с более высоким приоритетом пытается получить тот же мьютекс. Задача, которой принадлежит мьютекс, наследует приоритет задачи, которая пытается «взять» тот же мьютекс. Это означает, что мьютекс всегда должен быть «возвращен», иначе задача с более высоким приоритетом никогда не сможет получить мьютекс, а задача с более низким приоритетом никогда не изменит унаследованный приоритет.

     В файле semphr.h определены функции необходимые для работы с мьютексами: 

     xSemaphoreCreateMutex(void) - создание семафора типа мьютекс, тип возвращаемого значения xSemaphoreHandle в случае когда возвращается NULL, мьютекс не создан так как скорее всего не хватает памяти в куче (heap), FreeRTOS берет из нее память для структур данных мьютекса.

     xSemaphoreTake(xSemaphoreHandle, xBlockTime) - получить семафор, принимает дескриптор семафора и время блокировки в ожидании (portMAX_DELAY - бесконечная блокировка в ожидании).

     xSemaphoreGive(xSemaphoreHandle) - вернуть семафор, принимает дескриптор семафора.

     В нашем коде уже есть две задачи, которые используют один порт uart, давайте для начала немного изменим код задач как в двух листингах ниже:

     Реализация задачи 1 для работы с uart

/* USER CODE END Header_StartTask02 */
void StartTask02(void const* argument)
{
    /* USER CODE BEGIN StartTask02 */
    const uint8_t text[] = "HELLO TASK 1 ************************************************************
************************************************************
\r\n"; /* Infinite loop */ for (;;) { HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6); osDelay(10); } /* USER CODE END StartTask02 */ }

     Реализация задачи 2 для работы c uart

/* USER CODE END Header_StartTask03 */
void StartTask03(void const* argument)
{
    /* USER CODE BEGIN StartTask03 */
    const uint8_t text[] = "HELLO TASK 2 ------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
\r\n"; /* Infinite loop */ for (;;) { HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7); osDelay(10); } /* USER CODE END StartTask03 */ }

     Скомпилируйте проект и прошейте микроконтроллер, после подключения к терминалу вы сможете наблюдать ситуацию как на рисунке 1.

Рисунок 1

     В терминале видно как происходит наложение одного сообщения поверх другого, это связанно с тем что обе задачи обращаются к одному аппаратному ресурсу.

     Теперь давайте перепишем код примера с использованием мьютекса листинг ниже:

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * <h2><center>&copy; Copyright (c) 2019 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.</center></h2>
  *
  * This software component is licensed by ST under Ultimate Liberty license
  * SLA0044, the "License"; You may not use this file except in compliance with
  * the License. You may obtain a copy of the License at:
  *                             www.st.com/SLA0044
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "cmsis_os.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "semphr.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
UART_HandleTypeDef huart1;

osThreadId defaultTaskHandle;
osThreadId uart_task_1Handle;
osThreadId uart_task_2Handle;
/* USER CODE BEGIN PV */
volatile xSemaphoreHandle mutex; // Дескриптор мьютекса
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
void StartDefaultTask(void const * argument);
void StartTask02(void const * argument);
void StartTask03(void const * argument);

/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_MUTEX */
  /* add mutexes, ... */
  mutex = xSemaphoreCreateMutex(); // Создаем мьютекс
  /* USER CODE END RTOS_MUTEX */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_SEMAPHORES */
  /* add semaphores, ... */
  /* USER CODE END RTOS_SEMAPHORES */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_TIMERS */
  /* start timers, add new ones, ... */
  /* USER CODE END RTOS_TIMERS */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_QUEUES */
  /* add queues, ... */
  /* USER CODE END RTOS_QUEUES */

  /* Create the thread(s) */
  /* definition and creation of defaultTask */
  osThreadDef(defaultTask, StartDefaultTask, osPriorityNormal, 0, 128);
  defaultTaskHandle = osThreadCreate(osThread(defaultTask), NULL);

  /* definition and creation of uart_task_1 */
  osThreadDef(uart_task_1, StartTask02, osPriorityIdle, 0, 128);
  uart_task_1Handle = osThreadCreate(osThread(uart_task_1), NULL);

  /* definition and creation of uart_task_2 */
  osThreadDef(uart_task_2, StartTask03, osPriorityNormal, 0, 128);
  uart_task_2Handle = osThreadCreate(osThread(uart_task_2), NULL);

  /* USER CODE BEGIN RTOS_THREADS */
  /* add threads, ... */
  /* USER CODE END RTOS_THREADS */

  /* Start scheduler */
  osKernelStart();
  
  /* We should never get here as control is now taken by the scheduler */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSE;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USART1;
  PeriphClkInit.Usart1ClockSelection = RCC_USART1CLKSOURCE_PCLK2;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/**
  * @brief USART1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */

  /* USER CODE END USART1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */

  /* USER CODE END USART1_Init 1 */
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  huart1.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;
  huart1.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */

  /* USER CODE END USART1_Init 2 */

}

/**
  * @brief GPIO Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

  /* GPIO Ports Clock Enable */
  __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

  /*Configure GPIO pin Output Level */
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);

  /*Configure GPIO pins : PC6 PC7 */
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/* USER CODE BEGIN Header_StartDefaultTask */
/**
  * @brief  Function implementing the defaultTask thread.
  * @param  argument: Not used 
  * @retval None
  */
/* USER CODE END Header_StartDefaultTask */
void StartDefaultTask(void const * argument)
{

  /* USER CODE BEGIN 5 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END 5 */ 
}

/* USER CODE BEGIN Header_StartTask02 */
/**
* @brief Function implementing the uart_task_1 thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTask02 */
void StartTask02(void const* argument)
{
    /* USER CODE BEGIN StartTask02 */
	const uint8_t text[] = "HELLO TASK 1 ************************************************************
************************************************************
\r\n"; /* Infinite loop */ for (;;) { xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY); // Получить мьютекс HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6); xSemaphoreGive(mutex); // Отдать мьютекс osDelay(10); } /* USER CODE END StartTask02 */ } /* USER CODE BEGIN Header_StartTask03 */ /** * @brief Function implementing the uart_task_2 thread. * @param argument: Not used * @retval None */ /* USER CODE END Header_StartTask03 */ void StartTask03(void const* argument) { /* USER CODE BEGIN StartTask03 */ const uint8_t text[] = "HELLO TASK 2 -----------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------
\r\n"; /* Infinite loop */ for (;;) { xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY); // Получить мьютекс HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7); xSemaphoreGive(mutex); // Отдать мьютекс osDelay(10); } /* USER CODE END StartTask03 */ } /** * @brief This function is executed in case of error occurrence. * @retval None */ void Error_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */ /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */ /* USER CODE END Error_Handler_Debug */ } #ifdef USE_FULL_ASSERT /** * @brief Reports the name of the source file and the source line number * where the assert_param error has occurred. * @param file: pointer to the source file name * @param line: assert_param error line source number * @retval None */ void assert_failed(char *file, uint32_t line) { /* USER CODE BEGIN 6 */ /* User can add his own implementation to report the file name and line number, tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */ /* USER CODE END 6 */ } #endif /* USE_FULL_ASSERT */ /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

     Теперь каждая задача для работы с портом должна получить мьютекс а затем его вернуть, что бы вторая задача тоже могла получить к нему доступ. Ниже работа программы без коллизий рисунок 2.

Комментариев (0)

Написать комментарий

Имя *
E-mail
Введите комментарий *
Капча
46 + ? = 47