STM32 с нуля. FreeRTOS. Кооперативная многозадачность.

Продолжаем работу с FreeRTOS, и в этой статье мы закончим обсуждение программы-примера, созданной ранее. Там же можно найти теоретические сведения о разных типах многозадачности. Итак, у нас получилось запустить наш код под управлением FreeRTOS, и вроде бы он даже работал так, как и задумывалось. Но сейчас мы убедимся, что это не совсем так...

Время традиционной вставки: поскольку компания STMicroelectronics прекратила поддержку библиотеки SPL, которая использовалась в этом курсе, я создал новый, посвященный работе уже с новыми инструментами, так что буду рад видеть вас там - STM32CubeMx. Кроме того, вот глобальная рубрика по STM32, а также статья на смежную тему из нового курса: STM32CubeMx. Быстрый старт с FreeRTOS для STM32.

Поправим программу – сделаем так, чтобы во время выполнения задачи vADCTask на определенной ножке выставлялась логическая единица, а при выполнении задачи vUSARTTask – на выходе был 0. Для этих целей выберем вывод PB0. Настраиваем:

port.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
port.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
port.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &port);

Не забываем включить тактирование:

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

Немного подкорректируем код наших функций-задач:

/***************************************************************************************/
void vADCTask (void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); 
		data = ADC_GetConversionValue(ADC1);
		
		if (data > 0x9B2)
		{
			sendData[0] = 'O';
			sendData[1] = 'K';
		}
		else
		{ 
			sendData[0] = 'N';
			sendData[1] = 'O';
		}
		
		xQueueSend(xDataQueue, &sendData[0], 0);
	}
	
	vTaskDelete(NULL);
}


/***************************************************************************************/
void vUSARTTask(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		xQueueReceive(xDataQueue, &usartData[0], 0);
		usartCounter = 0;
		while(usartCounter < 2)
		{
			USART_SendData(USART1, usartData[usartCounter]);
			GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
			while(!USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)); 
			usartCounter++;
		}
	}
	
	vTaskDelete(NULL);
}


/***************************************************************************************/

Здесь мы вставили пару строк для работы с выводом PB0. Заметьте, что в задаче vUSARTTask – строчка GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0) находится не в начале программы, а в середине. Связано это с тем, что большая часть работы в этой задаче осуществляется именно в цикле и чаще всего при передаче управления задаче vUSARTTask она продолжает выполнение из цикла while(usartCounter < 2).

Запускаем отладчик, настраиваем логический анализатор (кто не в курсе как – смотрим тут). Но пока сконцентрируем внимание на окошке USART’а. А там такое:

Почему же так получилось?

А все просто. При вытесняющей многозадачности планировщик вызывается каждый квант времени, то есть это может произойти в любом месте задачи. Задача vUSARTTask выполняется намного дольше задачи vADCTask и может прерываться планировщиком во время передачи байта в USART или, например, когда один байт передан, а второй еще нет. И в итоге мы получаем то, что получаем, то есть абсолютно неверный результат работы программы. Прежде чем исправлять это безобразие, давайте посмотрим, что там у нас на выводе PB0. Не зря же мы его дергали )

Каждая задача выполняется 1 мс, а затем управление получает другая. Вспоминаем, что по дефолту квант времени равен именно 1 миллисекунде, то есть все верно. Тем не менее, в данном примере применение вытесняющей многозадачности неоправданно и приводит к ошибкам, так что будем переходить к кооперативной многозадачности. Что это такое и как работает, мы уже обсуждали в предыдущей статье, переходим сразу к делу.

Открываем файл freertosconfig.h и находим строку:

define configUSE_PREEMPTION                                     1

Значение 1 соответствует вытесняющей многозадачности, так как нам нужна кооперативная многозадачность, ставим 0:

define configUSE_PREEMPTION                                     0

Готово, теперь надо поправить код. Мы должны вручную вызывать планировщик задач, поэтому в конце каждой задачи (но в пределах цикла while(1) ) вызываем функцию taskYIELD(). Вот как будет выглядеть задача vUSARTTask():

void vUSARTTask(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		xQueueReceive(xDataQueue, &usartData[0], 0);
		usartCounter = 0;
		
		while(usartCounter < 2)
		{
			USART_SendData(USART1, usartData[usartCounter]);
			GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
			
			while(!USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC)); 
			usartCounter++;
		}
		
		taskYIELD();
	}
	
	vTaskDelete(NULL);
}

Давайте попробуем, что из этого получилось. Компилируем, идем в отладчик и запускаем программу (F5). Смотрим в окошко USART’а:

Данные высылаются во внешний мир сплошным потоком, без потери информации, как в случае вытесняющей многозадачности. Поэтому эксперимент с многозадачностью кооперативной считаем удавшимся ) Давайте посмотрим, как разделяется процессорное время между задачами. Для этого, если помните, у нас дергается ножка PB0.

Задача vADCTask() получает управление на крошечные промежутки времени (по сравнению с vUSARTTask() ). Что, в целом, очень логично. Аналого-цифровое преобразование выполняется намного быстрее, чем передача данных в USART.

Статья получилась кратенькая, но мы успели исправить ошибки предыдущей программы и при этом познакомиться с кооперативной многозадачностью в FreeRTOS. Надеюсь, получилось не только кратко, но и полезно )