RTOS: приоритеты задач

     Давайте посмотрим как приоритет задачи влияет на ее выполнение. Как мы уже знаем из примера "RTOS: создание задач" При создании задачи ей назначается приоритет. В заголовочном файле FreeRTOSConfig.h в макроопределении configMAX_PRIORITIES задается максимальное значение приоритетов которые можно присвоить задачам. Значение приоритета равное 0 соответствует самому низкому приоритету, а значение configMAX_PRIORITIES-1 самому высокому.

     Планировщик переводит в состояние (run - выполнения) задачу из списка находящихся в состоянии (redy - готовности) имеющую наивысший приоритет. 

     Когда в программе есть несколько задач с одинаковым приоритетом, они будут выполняться следующим образом: задача выполняется, находится в состоянии (run - выполнения) в течение системного кванта времени (1 - мс), после чего планировщик переводит ее в состояние (redy - готовности) и запускает следующую задачу с таким же приоритетом, и так по кругу. Задача выполняется за один квант времени и находится в состоянии готовности к выполнению (но не выполняется) в течение стольких квантов времени, сколько имеется готовых к выполнению задач с таким же приоритетом.

     В каждой нашей задаче из предыдущих примеров есть такая функция: osDelay(), это API-функция FreeRTOS реализующая корректную задержку в задачах, которая переводит задачу в блокированное состояние на заданное количество квантов времени.

     osStatus osDelay (uint32_t millisec) - Она принимает единственный аргумент равный количеству квантов времени задержки.

     Для чего она нужна: пусть задача вызвала функцию osDelay(500) в момент времени когда счетчик квантов был равен 10000, эта задача сразу же будет заблокирована (переведена в состояние wait) и после этого планировщик отдаст управление другой задаче, а функция вызвавшая osDelay(500) вернется в состояние (redy - готовности) только когда счетчик квантов будет равен 10500. В общем говоря API-функция osDelay() переводит задачу в (блокированное состояние wait) на время, которое отсчитывается от момента вызова osDelay()В то время как счетчик квантов будет увеличиваться от 10000 до 10500, планировщик будет выполнять другие задачи, в том числе задачи с более низким приоритетом.

     Давайте изменим приоритеты задач для работы с uart и сами задачи как показано в листинге ниже:

     Функции создания задачи 1 для работы с uart, приоритет osPriorityAboveNormal

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

     Функции создания задачи 2 для работы с uart, приоритет osPriorityAboveNormal

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

     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 HELLO\r\n";
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
    	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6);
    	
    	HAL_Delay(500); // Функция задержки HAL
    }

  /* 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 HELLO\r\n";
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

    	HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
    	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7);
    	
    	HAL_Delay(500); // Функция задержки HAL

    }
  /* USER CODE END StartTask03 */
}

     Скомпилируйте программу, прошейте микроконтроллер, подключитесь к терминалу и посмотрите результат рисунок 1.

Рисунок 1

     Теперь измените приоритет задачи 2 для работы с uart с osPriorityAboveNormal на osPriorityNormal

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

     Скомпилируйте программу, прошейте микроконтроллер, подключитесь к терминалу и посмотрите результат рисунок 2.

Рисунок 2

     Как видно после понижения приоритета второй задачи для работы с uart, она перестала переходить в состояние (run - выполнения) так как первая задача для работы с uart не переходит в (блокированное состояние wait) ранее это происходило именно благодаря функции osDelay().

     Так как возможна ситуация зависания задач с низким приоритетом, нужно предусмотрительно проектировать ПО и правильно задавать уровни приоритетов что бы избежать подобных ситуаций. 

     Существуют механизмы которые, позволяют избежать зависания низкоприоритетных задач. Например механизм событий который управляет ходом их выполнения. 

     События бывают двух типов: временное событие и события синхронизации

     Временное событие - к временному событию можно отнести описанное выше испольование функции osDelay(). Событие, связанное с истечением временного промежутка или наступлением определенного момента абсолютного времени. Например, задача может войти в (блокированное состояние - wait), пока не пройдет N мс.

     Событие синхронизации (которое является внешним по отношению к задаче) - это событие, генерируется в другой задаче или в теле обработчика прерывания микроконтроллера. Например, задача блокирована, когда ожидает появления данных семафора. Данные в семафор поступают от другой задачи.

     События синхронизации могут быть сгенерированны такими объектами ядра как очереди, двоичные и счетные семафоры, рекурсивные семафоры и мьютексы.

     Во FreeRTOS можно заблокировать задачу переведя ее в состояние wait до наступления события синхранизации, но определив при этом тайм-аут ожидания так по прошествии времени тайм-аута, если событие синхронизации не произошло то задача выводится из блокированного состояние wait. В этом случае выход из wait возможен при выполнении одного из условий:

     1) Данные поступили

     2) Данные не поступили, но вышло время тайм-аута

     Так же стоит отметить что существует возможность динамического изменения приоритета задач. Для этого есть специальные функции:

     void vTaskPrioritySet(xTaskHandle pxTask, unsigned portBASE_TYPE uxNewPriority) - функция принимает следующие аргументы, pxTask - дескриптор (handle) задачи, приоритет которой необходимо изменить. uxNewPriority - новое значение приоритета, который будет присвоен задаче.

     unsigned portBASE_TYPE uxTaskPriorityGet(xTaskHandle pxTask) pxTask - дескриптор задачи, приоритет которой необходимо получить. Если необходимо получить приоритет задачи, которая вызывает API-функцию uxTaskPriorityGet(), то в качестве параметра pxTask следует задать NULL. Возвращаемое значение - непосредственно значение приоритета.

     Давайте изменим код задачь для работы с uart как показано в листинге ниже:

     Реализация задачи 1 для работы с uart

/* USER CODE END Header_StartTask02 */
void StartTask02(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask02 */
	unsigned portBASE_TYPE task_priority_1; // Переменная для хранения приоритета 1-й задачи для работы с uart

	task_priority_1 = uxTaskPriorityGet(NULL); // Получаем текущий приоритет

	const uint8_t text[] = "T1 HELLO\r\n";
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
    	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6);

    	vTaskPrioritySet(uart_task_2Handle, (task_priority_1 + 1)); // Задаем 2-й задаче для работы с uart приоритет выше приоритета первой на 1
    }

  /* 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 */
	unsigned portBASE_TYPE task_priority_2; // Переменная для хранения приоритета 2-й задачи для работы с uart

	task_priority_2 = uxTaskPriorityGet(NULL); // Получаем текущий приоритет

	const uint8_t text[] = "T2 HELLO\r\n";
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

    	HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
    	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7);

    	vTaskPrioritySet(NULL, (task_priority_2 - 2)); // Уменьшаем приоритет 2-й задачи для работы с uart на 2 чтобы он стал ниже приоритета 1-й задачи для работы с uart 
    }
  /* USER CODE END StartTask03 */
}

     Скомпилируйте программу, прошейте микроконтроллер, подключитесь к терминалу и посмотрите результат рисунок 3.

Рисунок 3

     Как видно из рисунка 3, переключение задач происходит.

     Ниже приведен полный листинг примера работы с динамической памятью:

/* 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, osPriorityAboveNormal, 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 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(;;)
  {
    osDelay(500);
  }
  /* 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 */
	unsigned portBASE_TYPE task_priority_1; // Переменная для хранения приоритета 1-й задачи для работы с uart

	task_priority_1 = uxTaskPriorityGet(NULL); // Получаем текущий приоритет

	const uint8_t text[] = "T1 HELLO\r\n";
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

        HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
    	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6);

    	vTaskPrioritySet(uart_task_2Handle, (task_priority_1 + 1)); // Задаем 2-й задаче для работы с uart приоритет выше приоритета первой на 1
    }

  /* 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 */
	unsigned portBASE_TYPE task_priority_2; // Переменная для хранения приоритета 2-й задачи для работы с uart

	task_priority_2 = uxTaskPriorityGet(NULL); // Получаем текущий приоритет

	const uint8_t text[] = "T2 HELLO\r\n";
    /* Infinite loop */
    for (;;) {

    	HAL_UART_Transmit(&huart1, text, sizeof(text) - 1, 0xFFFF); // Отправляем сообщение
    	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_7);

    	vTaskPrioritySet(NULL, (task_priority_2 - 2)); // Уменьшаем приоритет 2-й задачи для работы с uart на 2 чтобы он стал ниже приоритета 1-й задачи для работы с uart 
    }
  /* 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
15 + ? = 17