19. 互斥量 - 19.8 互斥量实验 - 《Stm32》

19.8.1 模拟优先级翻转实验
19.8.2 互斥量实验

19.8.1 模拟优先级翻转实验

模拟优先级翻转实验是在 FreeRTOS 中创建了三个任务与一个二值信号量，任务分别是高优先级任务，中优先级任务，低优先级任务，用于模拟产生优先级翻转。低优先级任务在获取信号量的时候，被中优先级打断，中优先级的任务执行时间较长，因为低优先级还未释放信号量，那么高优先级任务就无法取得信号量继续运行，此时就发生了优先级翻转。

/*
*************************************************************************
*                             包含的头文件
*************************************************************************
*/
/* FreeRTOS头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"
/* 开发板硬件bsp头文件 */
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_key.h"
/**************************** 任务句柄 ********************************/
/*
 * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
 * 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
 * 这个句柄可以为NULL。
 */
static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;/* 创建任务句柄 */
static TaskHandle_t LowPriority_Task_Handle = NULL;/* LowPriority_Task任务句柄 */
static TaskHandle_t MidPriority_Task_Handle = NULL;/* MidPriority_Task任务句柄 */
static TaskHandle_t HighPriority_Task_Handle = NULL;/* HighPriority_Task任务句柄 */
/********************************** 内核对象句柄 *********************************/
/*
 * 信号量，消息队列，事件标志组，软件定时器这些都属于内核的对象，要想使用这些内核
 * 对象，必须先创建，创建成功之后会返回一个相应的句柄。实际上就是一个指针，后续我
 * 们就可以通过这个句柄操作这些内核对象。
 *
 * 内核对象说白了就是一种全局的数据结构，通过这些数据结构我们可以实现任务间的通信，
 * 任务间的事件同步等各种功能。至于这些功能的实现我们是通过调用这些内核对象的函数
 * 来完成的
 *
 */
SemaphoreHandle_t BinarySem_Handle = NULL;
/******************************* 全局变量声明 ************************************/
/*
 * 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些全局变量。
 */
/******************************* 宏定义 ************************************/
/*
 * 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些宏定义。
 */
/*
*************************************************************************
*                             函数声明
*************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */
static void LowPriority_Task(void *pvParameters);/* LowPriority_Task任务实现 */
static void MidPriority_Task(void *pvParameters);/* MidPriority_Task任务实现 */
static void HighPriority_Task(void *pvParameters);/* MidPriority_Task任务实现 */
static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 */
/*****************************************************************
  * @brief  主函数
  * @param  无
  * @retval 无
  * @note   第一步：开发板硬件初始化
            第二步：创建APP应用任务
            第三步：启动FreeRTOS，开始多任务调度
  ****************************************************************/
int main(void)
{
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    /* 开发板硬件初始化 */
    BSP_Init();
    printf("这是一个[野火]-STM32全系列开发板-FreeRTOS优先级翻转实验！\n");
    /* 创建AppTaskCreate任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)AppTaskCreate,   /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"AppTaskCreate",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,         /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,         /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)1,     /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&AppTaskCreate_Handle); /* 任务控制块指针 */
    /* 启动任务调度 */
    if (pdPASS == xReturn)
        vTaskStartScheduler();   /* 启动任务，开启调度 */
    else
        return -1;
    while (1);  /* 正常不会执行到这里 */
}
/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： AppTaskCreate
  * @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面
  * @ 参数    ： 无
  * @ 返回值  ： 无
  **********************************************************************/
static void AppTaskCreate(void)
{
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
    /* 创建Test_Queue */
    BinarySem_Handle = xSemaphoreCreateBinary();
    if (NULL != BinarySem_Handle)
        printf("BinarySem_Handle二值信号量创建成功!\r\n");
    xReturn = xSemaphoreGive(BinarySem_Handle);  //给出二值信号量
//  if( xReturn == pdTRUE )
//    printf("释放信号量!\r\n");
    /* 创建LowPriority_Task任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)LowPriority_Task,  /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"LowPriority_Task",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,          /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,           /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)2,         /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&LowPriority_Task_Handle); /* 任务控制块指针 */
    if (pdPASS == xReturn)
        printf("创建LowPriority_Task任务成功!\r\n");
    /* 创建MidPriority_Task任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)MidPriority_Task,   /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"MidPriority_Task",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,         /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,         /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)3,     /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&MidPriority_Task_Handle); /* 任务控制块指针 */
    if (pdPASS == xReturn)
        printf("创建MidPriority_Task任务成功!\n");
    /* 创建HighPriority_Task任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)HighPriority_Task,   /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"HighPriority_Task",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,         /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,         /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)4,     /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&HighPriority_Task_Handle); /* 任务控制块指针 */
    if (pdPASS == xReturn)
        printf("创建HighPriority_Task任务成功!\n\n");
    vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}
/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： LowPriority_Task
  * @ 功能说明： LowPriority_Task任务主体
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void LowPriority_Task(void *parameter)
{
    static uint32_t i;
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    while (1)
    {
        printf("LowPriority_Task 获取信号量\n");
        //获取二值信号量 xSemaphore,没获取到则一直等待
        xReturn = xSemaphoreTake(BinarySem_Handle,/* 二值信号量句柄 */
                                 portMAX_DELAY); /* 等待时间 */
        if (xReturn == pdTRUE)
            printf("LowPriority_Task Runing\n\n");
        for (i = 0; i < 2000000; i++) //模拟低优先级任务占用信号量
        {
            taskYIELD();//发起任务调度
        }
        printf("LowPriority_Task 释放信号量!\r\n");
        xReturn = xSemaphoreGive(BinarySem_Handle);  //给出二值信号量
//    if( xReturn == pdTRUE )
//      ;             /* 什么都不做 */
        LED1_TOGGLE;
        vTaskDelay(500);
    }
}
/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： MidPriority_Task
  * @ 功能说明： MidPriority_Task任务主体
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void MidPriority_Task(void *parameter)
{
    while (1)
    {
        printf("MidPriority_Task Runing\n");
        vTaskDelay(500);
    }
}
/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： HighPriority_Task
  * @ 功能说明： HighPriority_Task 任务主体
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void HighPriority_Task(void *parameter)
{
    BaseType_t xReturn = pdTRUE;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    while (1)
    {
        printf("HighPriority_Task 获取信号量\n");
        //获取二值信号量 xSemaphore,没获取到则一直等待
        xReturn = xSemaphoreTake(BinarySem_Handle,/* 二值信号量句柄 */
                                 portMAX_DELAY); /* 等待时间 */
        if (pdTRUE == xReturn)
            printf("HighPriority_Task Runing\n");
        LED1_TOGGLE;
        xReturn = xSemaphoreGive(BinarySem_Handle);  //给出二值信号量
//      if( xReturn == pdTRUE )
         //printf("HighPriority_Task 释放信号量!\r\n");
        vTaskDelay(500);
    }
}
/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： BSP_Init
  * @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  *********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{
    /*
     * STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
     * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
     * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
     */
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    /* LED 初始化 */
    LED_GPIO_Config();
    /* 串口初始化   */
    USART_Config();
    /* 按键初始化 */
    Key_GPIO_Config();
}

19.8.2 互斥量实验


/*
*************************************************************************
*                             包含的头文件
*************************************************************************
*/
/* FreeRTOS头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"
/* 开发板硬件bsp头文件 */
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_key.h"
/**************************** 任务句柄 ********************************/
/*
 * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
 * 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
 * 这个句柄可以为NULL。
 */
static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;/* 创建任务句柄 */
static TaskHandle_t LowPriority_Task_Handle = NULL;/* LowPriority_Task任务句柄 */
static TaskHandle_t MidPriority_Task_Handle = NULL;/* MidPriority_Task任务句柄 */
static TaskHandle_t HighPriority_Task_Handle = NULL;/* HighPriority_Task任务句柄 */
/********************************** 内核对象句柄 *********************************/
/*
 * 信号量，消息队列，事件标志组，软件定时器这些都属于内核的对象，要想使用这些内核
 * 对象，必须先创建，创建成功之后会返回一个相应的句柄。实际上就是一个指针，后续我
 * 们就可以通过这个句柄操作这些内核对象。
 *
 * 内核对象说白了就是一种全局的数据结构，通过这些数据结构我们可以实现任务间的通信，
 * 任务间的事件同步等各种功能。至于这些功能的实现我们是通过调用这些内核对象的函数
 * 来完成的
 *
 */
SemaphoreHandle_t MuxSem_Handle = NULL;
/******************************* 全局变量声明 ************************************/
/*
 * 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些全局变量。
 */
/******************************* 宏定义 ************************************/
/*
 * 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些宏定义。
 */
/*
*************************************************************************
*                             函数声明
*************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */
static void LowPriority_Task(void *pvParameters);/* LowPriority_Task任务实现 */
static void MidPriority_Task(void *pvParameters);/* MidPriority_Task任务实现 */
static void HighPriority_Task(void *pvParameters);/* MidPriority_Task任务实现 */
static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 */
/*****************************************************************
  * @brief  主函数
  * @param  无
  * @retval 无
  * @note   第一步：开发板硬件初始化
            第二步：创建APP应用任务
            第三步：启动FreeRTOS，开始多任务调度
  ****************************************************************/
int main(void)
{
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    /* 开发板硬件初始化 */
    BSP_Init();
    printf("这是一个[野火]-STM32全系列开发板-FreeRTOS互斥量实验！\n");
    /* 创建AppTaskCreate任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)AppTaskCreate,   /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"AppTaskCreate",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,         /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,         /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)1,     /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&AppTaskCreate_Handle); /* 任务控制块指针 */
    /* 启动任务调度 */
    if (pdPASS == xReturn)
        vTaskStartScheduler();   /* 启动任务，开启调度 */
    else
        return -1;
    while (1);  /* 正常不会执行到这里 */
}
/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： AppTaskCreate
  * @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面
  * @ 参数    ： 无
  * @ 返回值  ： 无
  **********************************************************************/
static void AppTaskCreate(void)
{
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
    /* 创建MuxSem */
    MuxSem_Handle = xSemaphoreCreateMutex();
    if (NULL != MuxSem_Handle)
        printf("MuxSem_Handle互斥量创建成功!\r\n");
    xReturn = xSemaphoreGive(MuxSem_Handle);  //给出互斥量
//  if( xReturn == pdTRUE )
//    printf("释放信号量!\r\n");
    /* 创建LowPriority_Task任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)LowPriority_Task,  /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"LowPriority_Task",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,          /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,           /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)2,         /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&LowPriority_Task_Handle); /* 任务控制块指针 */
    if (pdPASS == xReturn)
        printf("创建LowPriority_Task任务成功!\r\n");
    /* 创建MidPriority_Task任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)MidPriority_Task,   /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"MidPriority_Task",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,         /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,         /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)3,     /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&MidPriority_Task_Handle); /* 任务控制块指针 */
    if (pdPASS == xReturn)
        printf("创建MidPriority_Task任务成功!\n");
    /* 创建HighPriority_Task任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)HighPriority_Task,   /* 任务入口函数 */
                          (const char *)"HighPriority_Task",   /* 任务名字 */
                          (uint16_t)512,         /* 任务栈大小 */
                          (void *)NULL,         /* 任务入口函数参数 */
                          (UBaseType_t)4,     /* 任务的优先级 */
                          (TaskHandle_t *)&HighPriority_Task_Handle); /* 任务控制块指针 */
    if (pdPASS == xReturn)
        printf("创建HighPriority_Task任务成功!\n\n");
    vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}
/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： LowPriority_Task
  * @ 功能说明： LowPriority_Task任务主体
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void LowPriority_Task(void *parameter)
{
    static uint32_t i;
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    while (1)
    {
        printf("LowPriority_Task 获取互斥量\n");
        //获取互斥量 MuxSem,没获取到则一直等待
        xReturn = xSemaphoreTake(MuxSem_Handle,/* 互斥量句柄 */
                                 portMAX_DELAY); /* 等待时间 */
        if (pdTRUE == xReturn)
            printf("LowPriority_Task Runing\n\n");
        for (i = 0; i < 2000000; i++) //模拟低优先级任务占用互斥量
        {
            taskYIELD();//发起任务调度
        }
        printf("LowPriority_Task 释放互斥量!\r\n");
        xReturn = xSemaphoreGive(MuxSem_Handle);  //给出互斥量
        LED1_TOGGLE;
        vTaskDelay(1000);
    }
}
/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： MidPriority_Task
  * @ 功能说明： MidPriority_Task任务主体
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void MidPriority_Task(void *parameter)
{
    while (1)
    {
        printf("MidPriority_Task Runing\n");
        vTaskDelay(1000);
    }
}
/**********************************************************************
  * @ 函数名  ： HighPriority_Task
  * @ 功能说明： HighPriority_Task 任务主体
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  ********************************************************************/
static void HighPriority_Task(void *parameter)
{
    BaseType_t xReturn = pdTRUE;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
    while (1)
    {
        printf("HighPriority_Task 获取互斥量\n");
        //获取互斥量 MuxSem,没获取到则一直等待
        xReturn = xSemaphoreTake(MuxSem_Handle,/* 互斥量句柄 */
                                 portMAX_DELAY); /* 等待时间 */
        if (pdTRUE == xReturn)
            printf("HighPriority_Task Runing\n");
        LED1_TOGGLE;
        printf("HighPriority_Task 释放互斥量!\r\n");
        xReturn = xSemaphoreGive(MuxSem_Handle);  //给出互斥量
        vTaskDelay(1000);
    }
}
/***********************************************************************
  * @ 函数名  ： BSP_Init
  * @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
  * @ 参数    ：
  * @ 返回值  ： 无
  *********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{
    /*
     * STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
     * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
     * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
     */
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    /* LED 初始化 */
    LED_GPIO_Config();
    /* 串口初始化   */
    USART_Config();
    /* 按键初始化   */
    Key_GPIO_Config();
}