基于Arduino Due的FreeRTOS程序设计（AtmelSAM3X8E）之二

接上一篇

3 连接开发硬件平台到IDE，并建立相关的工程

本例中使用的IDE是ATMEL公司的AtmelStudio 7.0 ，如下图所示。这个IDE是一个基于Visual Studio应用布局模板的IDE，相信用过Visual Studio的读者会很快上手。

在接下来的内容里，我们会以Atmel Studio作为主要的系统开发平台，来介绍如下的内容：

• l  使用ASF向导在工程文件中添加内核
• l  配置FreeRTOS的内核
• l  按照实际的需求优化内核的体积

3.1 向现存的工程中添加内核

FreeRTOS内核作为Atmel SoftwareFramework（ASF）的标准组件可以很方便的加入到项目文件中区，在本例中，将以SAM3X系列的处理器为例，演示具体的操作步骤。

• 首先选择NewProject，在New Project的项目模板中选择C/C++项目类型，在右侧选择GCC ASF Board Project。并在Name中输入项目名称，这里使用缺省的工程名，并点击OK按钮。

• 选择开发板的处理器和开发板的型号（本例中使用的是SAM3X8E，开发板为Arduino DUE）

Atmel Studio提供了一个非常全面的选择界面。可以使用“Select by Device”或者“Select by board”两种方式来选择。在Device列表中选择相应的芯片，如ATSAM3X8E。在选择了支持的芯片以后，下方会出现相关的开发板。选择开发板以后，右侧可以查看Device（芯片）或者开发板的详细信息。在完成选择之后，点击OK按钮继续下一步。

• 添加FreeRTOS的核心

Atmel studio会自动打开ASF向导，让用户添加可用模块。在1中选择当前的项目，并在2处搜索“FreeRTOS”，IDE会过滤出所有和FreeRTOS相关的模块。如3处所示。这里选择FreeRTOS mini Real-Time Kernel选项，并选择添加，这样一个最小的FreeRTOS内核就被加入到项目的工程文件中去了。除了FreeRTOS mini Real-Time kernel，还有其他的几个以“FreeRTOS”为前缀的模块名称，通过名称，可以推断它们是一些接口的驱动。点击展开查看其内部的内容，本质上这些模块是一堆接口定义的头文件，在被加入系统后，系统会加入相对应的驱动源程序，用以完成整个系统的编译。观察FreeRTOS-Mini Real-Time kernel里的内容，也是一堆头文件，例如queue.h、semphr.h、timer.h等，这些都是一个实时系统不可缺少的队列、同步以及时钟等等功能的定义。再加入“FreeRTOS Mini Real-Time kernel”模块以后，系统全部的模块，可以通过“Selectedmodules”列表查看。

图 全部的模块列表

最后点击“Apply”按钮。

在点击“Apply”之后，会出现一个对话框，里面列举了所有要插入项目的头文件名称。我们刚才提到了Mini Real-time内核里的那些头文件也包含在其中（如红线标识所示）。此时，点击“OK”按钮，选择接受“FreeTROS mini real-time kernel”license的Checkbox，点击“Finish”按钮，并最后完成。

图插入FreeRTOS mini real-time 内核文件以后的工程规模

3.2 配置内核

内核的配置是通过修改文件FreeRTOSConifg.h中的预定义的“config***”或“INCLUDE”预编译语句完成的。打开这个文件，我们可见到很多的#Define语句，他们定义了将要被编译进入FreeRTOS内核的接口函数。其中，有一些配置可以通过设置预定义的值为“0”或者“1”来完成，例如：“#defineconfigUSE_PREEMPTION        1”。这些预定义值得具体的具体含义可以参考freertos的官方的介绍说明文档：https://www.freertos.org/a00110.html。

3.2.1 系统和核心运行频率

值得注意的是，内核定义的处理器频率和核心运行频率，在FreeRTOSConfig.h中的定义如下：

#define configCPU_CLOCK_HZ     ( sysclk_get_cpu_hz() )
#define configTICK_RATE_HZ         ( ( portTickType ) 1000 )

configCPU_CLOCK_HZ通过函数sysclk_get_cpu_hz()完成设置；configTICK_RATE_HZ设置成portTickType类型的数值，缺省值为1000Hz。其中portTickType是一个个用户自定义数据类型，其数据长度也是依据配置文件中的预定义值configUSE_16_BIT_TICKS来完成的。

#if( configUSE_16_BIT_TICKS == 1 )
    typedef unsigned portSHORT portTickType;
    #define portMAX_DELAY ( portTickType ) 0xffff
#else
    typedef unsigned portLONG portTickType;
    #define portMAX_DELAY ( portTickType ) 0xffffffff
#endi

此外，要确保sysclk_get_cpu_hz()函数运行成功，函数sysclk_int（）函数需要在main函数中先被执行。缺省的main.c里面并没有这个sysclk_init函数，需要手动添加进去。

3.2.2 任务的建立和调度

任务的结构是一个没有返回值的函数，通常在函数体内实现一个不间断的循环，来完成一个任务。通常一个任务的定义如下：

void vATaskFunction(void *pvParameters)

{

for( ;; )

{

/*Task application code here.*/

}

}

因为没有返回值，所以这个任务被定义为void类型。并且可以使用自定义类型来定义向任务内部传递参数的数据结构，例如：

Typedef struct {

const char Parameter1;

const uint32_t Parameter2;

/*...*/

} pvParameters;

为了执行一个任务，任务需要被事先创建（分配内存并将任务加入调度列表）。在穿件一个任务的时候，系统会给这个任务分配一个ID号，这个ID号还会被用作内和任务管理函数的参数。

xTaskHandle task_handle_ID；

创建任务使用函数XTaskCreate（），删除一个任务使用vTaskDelete（）函数。

 

3.3 任务的创建和删除

3.3.1 创建任务

xTaskCreate函数在内存中为任务分配空间，其参数用来设置任务的名称、堆深度、任务的优先级和任务的实现代码（函数）等。其原型如下：

Void xTaskCreate(pvTaskCode,pcName, usStackDepth, pvParameters, uxPriority,

pxCreatedTask）;

l  PvTaskCode:任务的实现函数

l  PcName:任务的名称（仅在调试时使用）

l  UsStackDepth:任务的堆的大小（单位字）

l  PvParameters:传递给任务的用户自定义结构体的指针

l  UxPriority:任务的优先级（从 0 到 MAX_PRIORITIES– 1）

l  PxCreatedTask:Pointer to an identifier that allows handling the task. If the task does nothave to be handled in the future, this can be NULL

3.3.2 删除任务

函数vTaskDelete用来删除一个已存在的任务。要确保使用INCLUDE_vTaskDelete为“1”，以便将函数编译入系统。vTaskDelete函数会将任务移出任务管理队列，并释放任务的一切资源。任务标识符被用来当做函数的参数，来指明要删除的任务到底是哪一个。其函数原型如下：

void vTaskDelete(xTaskHandlepxTask);

PxTask:指向任务标识符的指针，用来指明要删除的任务。为空则会致使调用函数的任务被删除。当一个任务被删除以后，系统的idle任务负责删除由内核分配的一切资源，但动态分配的内存资源则需要手动删除。对任务的删除尽可能避免，因为删除一个任务会造成堆操作的加剧，进一步会影响处理器的功效。最好采用的办法是让不需要工作的任务处于休眠状态，在需要的时候通过事件加以唤醒。下面的Demo掩饰了如何使用上述的两个函数。

#include <asf.h>

/* Task handler declaration*/

xTaskHandle worker1_id;

static void worker1_task(void*pvParameters)

{

for(;;)

{

/* task application*/

}

/* Should never go there */

vTaskDelete(NULL);

}

 

Int main (void)

{

Sysclk_init();

Board_init();

/* Create Worker 1 task */

xTaskCreate(worker1_task,"Worker1",configMINIMAL_STACK_SIZE+1000,NULL, 2,& worker1_id);

/*Start Scheduler*/

vTaskStartScheduler()

while(1);

}

 

主函数在初始化以后（Sysclk_init()和Board_init()执行之后），XTaskCreate创建任务，名称“Worker 1”，其优先级为2，用worker1_id标识。在work1_task任务的内部，是一个什么都不做的无限循环。在任务内部最后的一行代码是vTaskDelete函数，它的参数传递了NULL，如果有某种条件可以使任务的执行从for（；；）循环中跳出来，那么这个vTaskDelete函数才得以执行，它将深处任务本身（即删除worker1_task任务）。

 

3.3.3 Task的管理

FreeRTOS提供了多种管理任务的函数，这些函数可以设置或者获取每人任务的状态。这里建安列举一下任务管理函数。

• VTaskDelay: /*Delay a task for a set number of tick */
• VTaskDelayUntil/*Delay a task for a set number of tick */
• VTaskPrioritySet/*Set task priority */
• UxTaskPriorityGet/*Retrieve Task priority setting */
• VTaskSuspend/*Suspend a Task */
• VTaskResume/*Resume a Task */
• ETaskStateGet/*Retrieve the current status of a Task */
• VTaskDelete/*Delete a Task */

关于这些函数的使用，我们可以看看如下的示例，我们首先设计两个任务函数如下：

#include <asf.h>
xTaskHandle worker1_id;
xTaskHandle worker2_id;
static void worker1_task(void *pvParameters)
{
static uint32_t idelay;
static uint32_t Delay;
Delay = 100000;
/* Worker task Loop. */
for(;;)
{
/* Simulate work */
for (idelay = 0; idelay < Delay; ++idelay);
/* Suspend Task */
vTaskSuspend(worker1_id);
}
/* Should never go there */
vTaskDelete(worker1_id);
}

static void worker2_task(void *pvParameters)
{
static uint32_t idelay;
static uint32_t Delay;
Delay = 100000;
/* Worker task Loop. */
for(;;)
{
/* Simulate CPU work */
for (idelay = 0; idelay < Delay; ++idelay);
/* Suspend Task */
vTaskSuspend(worker2_id);
}
/* Should never go there */
vTaskDelete(worker2_id);
}

Int main (void)
{
Sysclk_init();
Board_init();
xTaskCreate(worker1_task,"Worker 1",configMINIMAL_STACK_SIZE+1000,NULL, 2,& worker1_id);
/* Create Worker 2 task */
xTaskCreate(worker2_task,"Worker 2",configMINIMAL_STACK_SIZE+1000,NULL, 1,& worker2_id);
/*Start Scheduler*/
vTaskStartScheduler()
while(1);
}

我们可以把这段示例代码拷贝到AtmelStudio中，编译后由J-Link调试器加载到目标开发板，试运行。在第一次编译的稍后可能会出现类似的错误，这是因为对vApplicationTickHook的引用问题。

图编译时报错

图导致错误的位置

故在FreeRTOSConfig.h文件中将#defineconfigUSE_TICK_HOOK设置为“0”即可。使用Tracelyzer工具查看生成的dump文件，可以看到Task1和Task2被调度运行的情形。

 

未完待续…

软通大学王明浩