RTOS: синхронизация задач часть 4

     Это четвертая часть примеров на тему синхронизации задач, в первой части "FreeRTOS: синхронизация задач часть 1" и во второй части "FreeRTOS: синхронизация задач часть 2" рассматривались средства FreeRTOS для совместного доступа задач к ресурсам микроконтроллера. В третьей части "FreeRTOS: синхронизация задач часть 3" мы перешли к способам организации строгой последовательности выполнения задач к которым относятся бинарные и счетные семафоры, в данном примере мы рассмотрим счетные семафоры.

     Разницу между бинарным и счетным семафором можно легко ощутить представив что бинарный семафор это своего рода флаг, по которому может происходить то или иное событие а счетный семафор это переменная значение которой может увеличиваться и уменьшаться в некотором диапазоне.

     Бинарный семафор способен определить только одно событие его вызвавшее. Все последующие события, произошедшие перед обработкой уже захваченного события, будут потеряны. Этого можно избежать, если использовать семафор со счетчиком вместо бинарного семафора.

     Есть два основных применения счетных семафоров:

     1) Подсчет событий. Каждый раз когда происходит событие, семафор "выдается" инкриминируется значение счетчика семафора, а обработчик события "берет" семафор, в свою очередь декрементирует его значение.

     2) Управление ресурсами. При таком использовании счетного семафора значение счетчика показывает количество доступных ресурсов. Для получения контроля над ресурсом задача должна сначала получить семафор - и этим уменьшить значение счетчика семафора. Когда значение счетчика семафора станет равным 0, то это будет означать, что больше нет свободных ресурсов. Когда задача завершает работу с ресурсом, она 'выдает' семафор обратно - увеличивая значение счетчика семафора.

     Мы рассмотрим только вариант с подсчетом событий: идея простая, имеется задача опрашивающая пользовательскую кнопку. И есть две задачи работы с uart. При опросе кнопки если она нажата то каждые 400 мс, будем выдавать семафор инкриминируя его счетчик (в диапазоне 0 - 9). А задачи работающие с uart будут брать семафор декрементируя значение счетчика и выполнять свою работу отправляя в терминал текущее значение счетчика.

     Дескрипторы счетных семафоров так же как мьютексов, и бинарных семафоров присваиваются переменным типа (xSemaphoreHandle) SemaphoreHandle_t.

     xSemaphoreHandle xSemaphoreCreateCounting(unsigned portBASE_TYPE uxMaxCount, unsigned portBASE_TYPE uxInitialCount) - функция создания счетного семафора. Где uxMaxCount максимальное значение, до которого будет считать семафор а uxInitialCount начальное значение счетчика семафора после того как он был создан.

     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.

     Давайте обновим проект: для использования счетных семафоров рисунок 1.

Рисунок 1

     Теперь обновим код наших задач для использования счетного семафора, три листинга ниже:

     Реализация задачи для работы с кнопкой

/* USER CODE END Header_StartTask01 */
void StartTask01(void const* argument)
{

    /* USER CODE BEGIN 5 */
    /* Infinite loop */
    for (;;) {
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET) { // Опрашиваем кнопку xSemaphoreGive(counter_semaphore); // Начинаем увеличивать счетный семафор counter++; if (counter > 57) counter = 57; // По талице ASCII = 9 } osDelay(400); } /* USER CODE END 5 */ }

     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[] = "T1 Semaphore counter = ";
    uint8_t num[1];
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        xSemaphoreTake(counter_semaphore, portMAX_DELAY); // Задача в этом месте перейдет в WAIT до тех пор пока не появится семафор

        num[0] = counter--;

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, num, 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "\r\n", 2, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6);

        osDelay(1200);
    }

    /* USER CODE END StartTask02 */
}

     Реализация задачи 2 для работы с uart

/* USER CODE END Header_StartTask03 */
void StartTask03(void const* argument)
{
    /* USER CODE BEGIN StartTask03 */
    const uint8_t text[] = "T2 Semaphore counter = ";
    uint8_t num[1];
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        xSemaphoreTake(counter_semaphore, portMAX_DELAY); // Задача в этом месте перейдет в WAIT до тех пор пока не появится семафор

        num[0] = counter--;

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, num, 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "\r\n", 2, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7);

        osDelay(1200);
    }
    /* USER CODE END StartTask03 */
}

     На рисунок 2 представлен результат выполнения программы.

Рисунок 2 

     Ниже представлен весь листинг программы:

/* 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 button_taskHandle;
osThreadId uart_task_1Handle;
osThreadId uart_task_2Handle;
/* USER CODE BEGIN PV */
volatile xSemaphoreHandle mutex; // Дескриптор мьютекса
xSemaphoreHandle binary_semaphore_1; // Дескриптор бинарного семафора 1
xSemaphoreHandle binary_semaphore_2; // Дескриптор бинарного семафора 2
xSemaphoreHandle counter_semaphore; // Дескриптор счетного семафора
volatile uint8_t counter = 48; // Счетчик для индикации значений счетного семафора  // По талице ASCII = 0
/* 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 StartTask01(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
    vSemaphoreCreateBinary(binary_semaphore_1); // Создать бинарный семафор для задачи 1 для работы с uart
    vSemaphoreCreateBinary(binary_semaphore_2); // Создать бинарный семафор для задачи 2 для работы с uart
    counter_semaphore = xSemaphoreCreateCounting(9, 0); // Создать счетный семафор с диапазоном 0 - 9
    /* 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 button_task */
    osThreadDef(button_task, StartTask01, osPriorityIdle, 0, 128);
    button_taskHandle = osThreadCreate(osThread(button_task), 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, osPriorityIdle, 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 pin : PC0 */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    /*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_StartTask01 */
/**
  * @brief  Function implementing the button_task thread.
  * @param  argument: Not used 
  * @retval None
  */
/* USER CODE END Header_StartTask01 */
void StartTask01(void const* argument)
{

    /* USER CODE BEGIN 5 */
    /* Infinite loop */
    for (;;) {
        if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_SET) { // Опрашиваем кнопку

            xSemaphoreGive(counter_semaphore); // Начинаем увеличивать счетный семафор

            counter++;

            if (counter > 57)
                counter = 57; // По талице ASCII = 9
        }

        osDelay(400);
    }
    /* 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[] = "T1 Semaphore counter = ";
    uint8_t num[1];
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        xSemaphoreTake(counter_semaphore, portMAX_DELAY); // Задача в этом месте перейдет в WAIT до тех пор пока не появится семафор

        num[0] = counter--;

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, num, 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "\r\n", 2, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6);

        osDelay(1200);
    }

    /* 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[] = "T2 Semaphore counter = ";
    uint8_t num[1];
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        xSemaphoreTake(counter_semaphore, portMAX_DELAY); // Задача в этом месте перейдет в WAIT до тех пор пока не появится семафор

        num[0] = counter--;

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, num, 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "\r\n", 2, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7);

        osDelay(1200);
    }
    /* 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****/

Комментариев (0)

Написать комментарий

Имя *
E-mail
Введите комментарий *
Капча
23 + ? = 28