STM32CubeMx. Быстрый старт с FreeRTOS для STM32.

Давно не было статей с использованием FreeRTOS на нашем сайте. Что еще более удивительно, если учесть, что в повседневной жизни эту ОС использую регулярно. Так что сегодня без лишних слов и предисловий создадим базовый пример с поддержкой FreeRTOS для STM32. Прошли те времена, когда для включения ее в свой проект приходилось перетаскивать кучу файлов, некоторые из которых оказывались несовместимы, некоторых просто не хватало... В STM32CubeMx все намного менее интересно и делается в пару кликов. В общем, приступаем.

При работе с FreeRTOS я чаще всего придерживаюсь следующей схемы. Создаются несколько задач (task'ов), каждая из которых вызывается через равные промежутки времени со своим собственным периодом, например:

• 1 мс
• 10 мс
• 50 мс
• 100 мс

Конкретные значения могут зависеть уже от конкретных целей конкретного проекта. И далее вся работа распределяется по этим task'ам. Соответственно, те действия, которые необходимо выполнять максимально часто вызываются из задачи, период вызова которой равен 1 мс. Например, сохранение значений АЦП для последующей обработки. Другие же действия напротив нужно выполнять намного реже, к примеру, обновлять информацию на дисплее. И в итоге вся программа распределяется по этим временным уровням.

Вот сегодня и реализуем базовый проект для STM32 с поддержкой FreeRTOS и нескольких задач. Пусть task'и будут вызываться каждые 1 мс, 10 мс и 50 мс. По аналогии можно будет легко и быстро добавить и другие.

Запускаем STM32CubeMx. Сразу уточню - не будем подробно погружаться во все нюансы настройки FreeRTOS и рассматривать каждую конкретную опцию, иначе получится не статья, а книга. Максимально быстрый старт ) Если возникнут какие-либо вопросы, смело задавайте их в комментариях или на форуме, я буду рад помочь, итак, первым делом активируем FreeRTOS:

Но тут сразу же есть важный нюанс. При использовании FreeRTOS, в качестве базового таймера для HAL рекомендуется выбрать не SysTick (стоит по умолчанию), а другой. Для этого переходим в категорию SYS и меняем SysTick на один из свободных таймеров:

Поскольку мы уже условились делать базовый проект, то оставляем на этом этапе все настройки FreeRTOS без изменений:

Но добавляем наши задачи в разделе Tasks and Queues и задаем их приоритет - Normal:

Полностью аналогичным образом добавляем остальные задачи:

Все готово, генерируем, открываем и собираем проект. Видим, что CubeMx создал наши task'и:

/* creation of Task1ms */
Task1msHandle = osThreadNew(Task1msHandler, NULL, &Task1ms_attributes);

/* creation of Task10ms */
Task10msHandle = osThreadNew(Task10msHandler, NULL, &Task10ms_attributes);

/* creation of Task50ms */
Task50msHandle = osThreadNew(Task50msHandler, NULL, &Task50ms_attributes);

Но сейчас единственное, что связывает эти функции с нашим планом вызывать их через равные промежутки времени - это их название. Так что необходимо доработать непосредственно код функций. И для того, чтобы обеспечить периодичность выполнения task'ов мы будем использовать функцию:

void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime, const TickType_t xTimeIncrement)

• Первый аргумент хранит значение времени, соответствующее моменту, когда задача была разблокирована в предыдущий раз. При первом вызове функции vTaskDelayUntil() необходимо инициализировать эту переменную текущим значением времени, а в дальнейшем функция сама будет обновлять это значение.
• Второй аргумент - в нем мы уже задаем нужный нам период. В итоге функция vTaskDelayUntil() заблокирует нашу задачу до момента времени, равного (pxPreviousWakeTime + xTimeIncrement).

Теперь реализуем все на практике. Подключаем:

#include "task.h"

Для task'а, который работает с периодом 10 мс получаем следующее:

void Task10msHandler(void *argument)
{
	/* USER CODE BEGIN Task10msHandler */
	TickType_t xLastWakeTime;
	const TickType_t xFrequency = 10 / portTICK_PERIOD_MS;

	xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	/* Infinite loop */
	for(;;)
	{
		// Add code here
    
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency);
	}
	/* USER CODE END Task10msHandler */
}

А непосредственно свой код мы добавляем перед вызовом vTaskDelayUntil(), внутри цикла for(;;). Здесь значение 10 мс задается в строке:

const TickType_t xFrequency = 10 / portTICK_PERIOD_MS;

Абсолютно аналогично делаем и для других наших задач, меняя только значение периода. Кроме того, давайте добавим счетчики, которые будут инкрементироваться при вызове каждого из task'ов:

/* USER CODE BEGIN PV */
uint32_t task1msCnt = 0;
uint32_t task10msCnt = 0;
uint32_t task50msCnt = 0;

/* USER CODE END PV */

И итоговый код, например, для task'а 50 мс:

void Task50msHandler(void *argument)
{
	/* USER CODE BEGIN Task50msHandler */
	TickType_t xLastWakeTime;
	const TickType_t xFrequency = 50 / portTICK_PERIOD_MS;

	xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	/* Infinite loop */
	for(;;)
	{
		// Add code here
		task50msCnt++; 
    
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency);
	}
	/* USER CODE END Task50msHandler */
}

Вот такой механизм для организации периодических задач в FreeRTOS на контроллере STM32. Давайте соберем проект и проверим, как все это работает. Индикацией для нас будут служить счетчики вызовов task'ов:

Все отрабатывает четко по плану, задачи вызываются с заданной периодичностью. И на этом заканчиваем нашу статью, максимально быстрый старт с FreeRTOS для STM32 👍

Ссылка на полный проект - MT_FreeRTOS_Base.