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FreeRTOS消息队列实验与出现的问题

article 2024/11/22 16:24:34

目录

实验名字：队列操作实验

1、实验目的

2、实验设计

3、实验工程

4、实验程序与分析

●任务设置

● 其他应用函数

● main()函数

● 任务函数

●中断初始化及处理过程

5.程序运行结果分析

6.进行实验移植时所遇到的问题

1.项目中mymalloc等函数缺少

2.L6218E：xTimerPendFunctionCallFromISR报错

L6218E：xTimerCreateTimerTask报错

实验名字：队列操作实验

1、实验目的

       学习使用 FreeRTOS 的队列相关 API 函数，学会如何在任务或中断中向队列发送消息或者 从队列中接收消息。

2、实验设计

本实验设计三个任务：start_task、task1_task  、Keyprocess_task 这三个任务的任务功能如下： start_task：用来创建其他 2 个任务。

task1_task  ：读取按键的键值，然后将键值发送到队列 Key_Queue 中，并且检查队列的剩 余容量等信息。

Keyprocess_task  ：按键处理任务，读取队列 Key_Queue 中的消息，根据不同的消息值做相 应的处理。

实验需要三个按键 KEY_UP 、KEY2  和 KEY0 ，不同的按键对应不同的按键值， 任务 task1_task 会将这些值发送到队列 Key_Queue 中。

实验中创建了两个队列 Key_Queue 和 Message_Queue，队列 Key_Queue 用于传递按键值， 队列 Message_Queue 用于传递串口发送过来的消息。

实验还需要两个中断，一个是串口 1 接收中断，一个是定时器 2 中断，他们的作用如下： 串口 1 接收中断：接收串口发送过来的数据，并将接收到的数据发送到队列 Message_Queue 中。 定时器 2 中断：定时周期设置为 500ms，在定时中断中读取队列 Message_Queue 中的消息，并 将其显示在 LCD 上。

3、实验工程

下面是实验例程，有需要自取。

通过百度网盘分享的文件：FreeRTOS实验13-1 FreeRTOS队列操作实验
链接：https://pan.baidu.com/s/19wyteow1w0eVeIwCqQB7gg 
提取码：y1bf

4、实验程序与分析

●任务设置

//任务优先级
#define START_TASK_PRIO		1
//任务堆栈大小	
#define START_STK_SIZE 		256  
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);

//任务优先级
#define TASK1_TASK_PRIO		2
//任务堆栈大小	
#define TASK1_STK_SIZE 		256  
//任务句柄
TaskHandle_t Task1Task_Handler;
//任务函数
void task1_task(void *pvParameters);

//任务优先级
#define KEYPROCESS_TASK_PRIO 3
//任务堆栈大小	 
#define KEYPROCESS_STK_SIZE  256 
//任务句柄
TaskHandle_t Keyprocess_Handler;
//任务函数
void Keyprocess_task(void *pvParameters);

(1)、队列 Key_Queue 用来传递按键值的，也就是一个 u8 变量，所以队列长度为 1 就行了。 并且消息长度为 1 个字节。

(2)、队列 Message_Queue 用来传递串口接收到的数据，队列长度设置为 4，每个消息的长 度为 USART_REC_LEN(在 usart.h 中有定义)。

● 其他应用函数

在 main.c 中还有一些其他的函数，如下：

//LCD刷屏时使用的颜色
int lcd_discolor[14]={	WHITE, BLACK, BLUE,  BRED,      
						GRED,  GBLUE, RED,   MAGENTA,       	 
						GREEN, CYAN,  YELLOW,BROWN, 			
						BRRED, GRAY };

//用于在LCD上显示接收到的队列的消息
//str: 要显示的字符串(接收到的消息)
void disp_str(u8* str)
{
	LCD_Fill(5,230,110,245,WHITE);					//先清除显示区域
	LCD_ShowString(5,230,100,16,16,str);
}

//加载主界面
void freertos_load_main_ui(void)
{
	POINT_COLOR = RED;
	LCD_ShowString(10,10,200,16,16,"ATK STM32F103/407");	
	LCD_ShowString(10,30,200,16,16,"FreeRTOS Examp 13-1");
	LCD_ShowString(10,50,200,16,16,"Message Queue");
	LCD_ShowString(10,70,220,16,16,"KEY_UP:LED1 KEY0:Refresh LCD");
	LCD_ShowString(10,90,200,16,16,"KEY1:SendMsg KEY2:BEEP");
	
	POINT_COLOR = BLACK;
	LCD_DrawLine(0,107,239,107);		//画线
	LCD_DrawLine(119,107,119,319);		//画线
	LCD_DrawRectangle(125,110,234,314);	//画矩形
	POINT_COLOR = RED;
	LCD_ShowString(0,130,120,16,16,"DATA_Msg Size:");
	LCD_ShowString(0,170,120,16,16,"DATA_Msg rema:");
	LCD_ShowString(0,210,100,16,16,"DATA_Msg:");
	POINT_COLOR = BLUE;
}

//查询Message_Queue队列中的总队列数量和剩余队列数量
void check_msg_queue(void)
{
    u8 *p;
	u8 msgq_remain_size;	//消息队列剩余大小
    u8 msgq_total_size;     //消息队列总大小
    
    taskENTER_CRITICAL();   //进入临界区
    msgq_remain_size=uxQueueSpacesAvailable(Message_Queue);//得到队列剩余大小
    msgq_total_size=uxQueueMessagesWaiting(Message_Queue)+uxQueueSpacesAvailable(Message_Queue);//得到队列总大小，总大小=使用+剩余的。
	p=mymalloc(SRAMIN,20);	//申请内存
	sprintf((char*)p,"Total Size:%d",msgq_total_size);	//显示DATA_Msg消息队列总的大小
	LCD_ShowString(10,150,100,16,16,p);
	sprintf((char*)p,"Remain Size:%d",msgq_remain_size);	//显示DATA_Msg剩余大小
	LCD_ShowString(10,190,100,16,16,p);
	myfree(SRAMIN,p);		//释放内存
    taskEXIT_CRITICAL();    //退出临界区
}

定时器 9 的中断服务函数会调用函数 disp_str()在 LCD 上显示从队列 Message_Queue 接收 到 的消 息 。 函数 freertos_load_main_ui() 就 是在屏幕上 画 出 实验 的初始 UI  界面 。 函数 check_msg_queue()用于查询队列Message_Queue 的相关信息，比如队列总大小，队列当前剩余 大小。

(1)、调用函数 uxQueueSpacesAvailable()获取队列 Message_Queue 的剩余大小。

(2)、调用函数 uxQueueMessagesWaiting()获取队列当前消息数量，也就是队列的使用量，将 其与函数 uxQueueSpacesAvailable()获取到的队列剩余大小相加就是队列的总大小。

● main()函数

int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4	 
	delay_init();	    				//延时函数初始化	 
	uart_init(115200);					//初始化串口
	LED_Init();		  					//初始化LED
	KEY_Init();							//初始化按键
	BEEP_Init();						//初始化蜂鸣器
	LCD_Init();							//初始化LCD
	TIM2_Int_Init(5000,7200-1);			//初始化定时器2，周期500ms
	my_mem_init(SRAMIN);            	//初始化内部内存池
    freertos_load_main_ui();        	//加载主UI
	
	//创建开始任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //任务函数
                (const char*    )"start_task",          //任务名称
                (uint16_t       )START_STK_SIZE,        //任务堆栈大小
                (void*          )NULL,                  //传递给任务函数的参数
                (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //任务优先级
                (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //任务句柄              
    vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
}

● 任务函数

//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
	
	//创建消息队列
    Key_Queue=xQueueCreate(KEYMSG_Q_NUM,sizeof(u8));        //创建消息Key_Queue
    Message_Queue=xQueueCreate(MESSAGE_Q_NUM,USART_REC_LEN); //创建消息Message_Queue,队列项长度是串口接收缓冲区长度
	
    //创建TASK1任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task1_task,             
                (const char*    )"task1_task",           
                (uint16_t       )TASK1_STK_SIZE,        
                (void*          )NULL,                  
                (UBaseType_t    )TASK1_TASK_PRIO,        
                (TaskHandle_t*  )&Task1Task_Handler);   
    //创建TASK2任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )Keyprocess_task,     
                (const char*    )"keyprocess_task",   
                (uint16_t       )KEYPROCESS_STK_SIZE,
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )KEYPROCESS_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&Keyprocess_Handler); 
    vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}

//task1任务函数
void task1_task(void *pvParameters)
{
	u8 key,i=0;
    BaseType_t err;
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);            	//扫描按键
        if((Key_Queue!=NULL)&&(key))   	//消息队列Key_Queue创建成功,并且按键被按下
        {
            err=xQueueSend(Key_Queue,&key,10);
            if(err==errQUEUE_FULL)   	//发送按键值
            {
                printf("队列Key_Queue已满，数据发送失败!\r\n");
            }
        }
        i++;
        if(i%10==0) check_msg_queue();//检Message_Queue队列的容量
        if(i==50)
        {
            i=0;
            LED0=!LED0;
        }
        vTaskDelay(10);                           //延时10ms，也就是10个时钟节拍	
	}
}


//Keyprocess_task函数
void Keyprocess_task(void *pvParameters)
{
	u8 num,key;
	while(1)
	{
        if(Key_Queue!=NULL)
        {
            if(xQueueReceive(Key_Queue,&key,portMAX_DELAY))//请求消息Key_Queue
            {
                switch(key)
                {
                    case WKUP_PRES:		//KEY_UP控制LED1
                        LED1=!LED1;
                        break;
                    case KEY2_PRES:		//KEY2控制蜂鸣器
                        BEEP=!BEEP;
                        break;
                    case KEY0_PRES:		//KEY0刷新LCD背景
                        num++;
                        LCD_Fill(126,111,233,313,lcd_discolor[num%14]);
                        break;
                }
            }
        } 
		vTaskDelay(10);      //延时10ms，也就是10个时钟节拍	
	}
}

(1)、在使用队列之前要先创建队列，调用函数 xQueueCreate()创建队列 Key_Queue，队列 长度为 1，每个队列项(消息)长度为 1 个字节。

(2) 、同样的创建队列 Message_Queue ，队列长度为 4 ，每个队列项 ( 消息) 长度为 USART_REC_LEN ，USART_REC_LEN 为 50。

(3)、获取到按键键值以后就调用函数 xQueueSend()发送到队列Key_Queue 中，由于只有一 个队列 Key_Queue 只有一个队列项，所以此处也可以用覆写入队函数 xQueueOverwrite()。

(4)、调用函数 check_msg_queue()检查队列信息，并将相关的信息显示在 LCD 上，如队列 总大小，队列剩余大小等。

(5)、调用函数 xQueueReceive()获取队列 Key_Queue 中的消息

(6)、变量 key 保存着获取到的消息，也就是按键值，这里根据不同的按键值做不同的处理。

●中断初始化及处理过程

本实验用到了两个中断，串口 1 的接收中断和定时器 9 的定时中断，串 口 1 的具体配置看 基础例程中的串口实验就可以了，这里要将串口中断接收缓冲区大小改为 50，如下：

#define USART_REC_LEN              50      //定义最大接收字节数 50
#define EN_USART1_RX             1        //使能（1）/禁止（0）串口1接收

 还要注意！由于要在中断服务函数中使用 FreeRTOS 中的 API 函数，所以一定要注意中断 优先级的设置，这里设置如下：

void uart_init(u32 bound)
{
	//GPIO端口设置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	 
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟
  
	//USART1_TX   GPIOA.9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
   
	//USART1_RX	  GPIOA.10初始化
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  

	//Usart1 NVIC 配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=7 ;//抢占优先级7
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;		//子优先级0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器
  
	//USART 初始化设置

	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式

	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1 
}

 注意串口中断优先级设置，这里设置抢占优先级为 7，子优先级为 0。这个优先 级中可以调用 FreeRTOS 中的 API 函数。串口 1 的中断服务函数如下：

void USART1_IRQHandler(void)                	//串口1中断服务程序
{
	u8 Res;
	BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
	
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
	{
		Res =USART_ReceiveData(USART1);	//读取接收到的数据
		
		if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
			{
			if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
				{
				if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
				else USART_RX_STA|=0x8000;	//接收完成了 
				}
			else //还没收到0X0D
				{	
				if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
				else
					{
					USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
					USART_RX_STA++;
					if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收	  
					}		 
				}
			}   		 
     } 
	
	 //就向队列发送接收到的数据
	if((USART_RX_STA&0x8000)&&(Message_Queue!=NULL))
	{
		xQueueSendFromISR(Message_Queue,USART_RX_BUF,&xHigherPriorityTaskWoken);//向队列中发送数据
		
		USART_RX_STA=0;	
		memset(USART_RX_BUF,0,USART_REC_LEN);//清除数据接收缓冲区USART_RX_BUF,用于下一次数据接收
	
		portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的话进行一次任务切换
	}
}

(1)、判断是否接收到数据，如果接收到数据的话就要将数据发送到队列Message_Queue 中，

(2)、调用函数 xQueueSendFromISR()将串口接收缓冲区 USART_RX_BUF[]中接收到的数据 发送到队列 Message_Queue 中。

(3)、发送完成以后要将串口接收缓冲区 USART_RX_BUF[]清零。

(4) 、 如 果 需 要 进 行 任 务 调 度 的 话 在 退 出 串 口 中 断 服 务 函 数 之 前 调 用 函 数 portYIELD_FROM_ISR()进行一次任务调度。

在定时 2  的中断服务函数中请求队列 Message_Queue  中的数据并将请求到的消息显示在 LCD 上，定时器 2 的定时周期设置为 500ms，定时器初始化很简单，唯一要注意的就是中断优 先级的设置，如下：

//中断优先级NVIC设置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;      //TIM2中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8;  //先占优先级4级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //从优先级0级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;     //IRQ通道被使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                      //初始化NVIC寄存器
 

 定时器 2 的中断服务函数是重点，代码如下：

extern QueueHandle_t Message_Queue;	//信息队列句柄
extern void disp_str(u8* str);

//定时器2中断服务函数
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	u8 *buffer;
	BaseType_t xTaskWokenByReceive=pdFALSE;
	BaseType_t err;
	
	if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
	{
		buffer=mymalloc(SRAMIN,USART_REC_LEN);
        if(Message_Queue!=NULL)
        {
			memset(buffer,0,USART_REC_LEN);	//清除缓冲区
			err=xQueueReceiveFromISR(Message_Queue,buffer,&xTaskWokenByReceive);//请求消息Message_Queue
            if(err==pdTRUE)			//接收到消息
            {
				disp_str(buffer);	//在LCD上显示接收到的消息
            }
        }
		myfree(SRAMIN,buffer);		//释放内存
		
		portYIELD_FROM_ISR(xTaskWokenByReceive);//如果需要的话进行一次任务切换
	}
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);  //清除中断标志位
}

(1)、从队列中获取消息也是采用数据拷贝的方式，所以我们要先准备一个数据缓冲区用来 保存从队列中获取到的消息。这里通过动态内存管理的方式分配一个数据缓冲区，这个动态内 存管理方法是 ALIENTEK 编写的，具体原理和使用方法请参考基础例程中的内存管理实验。当 然了，也可以使用 FreeRTOS 提供的动态内存管理函数。直接提供一个数组也行，这个数据缓 冲区的大小一定要和队列中队列项大小相同，比如本例程就是 USART_REC_LEN。

(2) 、清除缓冲区。

(3)、调用函数 xQueueReceiveFromISR()从队列 Message_Queue 中获取消息。

(4)、如果获取消息成功的话就调用函数 disp_str()将获取到的消息显示在 LCD 上。

(5)、使用完成以后就释放(3)中申请到的数据缓冲区内存。

(6)、 如 果 需 要 进 行 任 务 调 度 的 话 在 退 出 定 时 器 的 中 断 服 务 函 数 之 前 调 用 函 数 portYIELD_FROM_ISR()进行一次任务调度。

5.程序运行结果分析

编译并下载实验代码到开发板中，打开串口调试助手，LCD 默认显示如图;

通过串口调试助手给开发板发送一串字符串，比如“ALIENTEK ” ，由于定时器 9 会周期 性的读取队列 Message_Queue 中的数据，当读取成功以后就会将相应的数据显示在 LCD 上， 所以 LCD 上会显示字符串“ALENTEK "

通过串口向开发板发送数据的时候注意观察队列 Message_Queue 剩余大小的变化，最后按 不同的按键看看有什么反应，是否和我们的代码中设置的相同

6.进行实验移植时所遇到的问题

1.项目中mymalloc等函数缺少

原因：源文件缺少malloc.c的相关代码，相关代码在例程中被包含在MALLOC文件夹里，移植时按需要添加。

2.L6218E：xTimerPendFunctionCallFromISR报错

L6218E：xTimerCreateTimerTask报错

解决方法，

1.查看( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) && ( INCLUDE_xTimerPendFunctionCall == 1 ) && ( configUSE_TIMERS == 1 )是否成立，需要Ctrl+F 强制寻找，如果没有上面三个函数没有定义或没有置为1，则将他们置为1.

2.将FreeRTOS附加代码timers.c添加到工程文件中，即可解决该问题。


http://www.kler.cn/a/404541.html

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