代码收藏家 STM32 HAL库使用笔记：FreeRTOS任务管理和中断处理详解
一、简介
1.FreeRTOS简介
RTOS全称为：Real Time OS，就是实时操作系统，强调的是：实时性。而Free显而易见体现的是其免费性。总的来说这是一个免费的嵌入式实时操作系统。
其特点是：免费开源、可剪裁（独立性强，适应范围广）、简单、优先级/任务不限（但是受到不同开发环境和硬件的限制，一般受限）、支持三种方式的任务调度。
与裸机的区别：裸机的应用程序整体来看放在整个大循环里，很多时候资源浪费即“空等待”；而RTOS是多个优先级相同的任务每个任务执行一个时间片（时间长度可以调节），来回切换，最终效果是所有优先级相同的任务同时进行，而且有任务被“阻塞”时，会释放cpu资源。
2.任务调度简介
一共支持三种方式：
1）抢占式调度：主要是针对优先级不同的任务，每个任务都有一个优先级，优先级高的任务可以抢占优先级低的任务。
2）时间片调度：主要针对优先级相同的任务，当多个任务的优先级相同时， 任务调度器会在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务。
3）协程式调度：当前执行任务将会一直运行，同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务 FreeRTOS现在虽然还支持，但是官方已经表示不再更新协程式调度。仅作了解。
3.任务状态简介
FreeRTOS总共存在4种任务状态：
运行态：正在占据CPU资源，正在运行的任务。每一时刻只存在一个任务处于运行态。
就绪态：简单概括，此任务若准备工作都已经做完，即可进入就绪态。
阻塞态：如果一个任务因延时或等待外部事件发生，那么这个任务就处于阻塞态。
挂起态：类似暂停，调用函数 vTaskSuspend() 进入挂起态，需要调用解挂函数vTaskResume() 才可以进入就绪态。
注意挂起和删除的区别，删除是将此任务从任务堆栈中完全移除，挂起只是暂时停止运行。
所有的任务想进入运行态必须要先进入就绪态，而从运行态可以进入任何状态。如下图表示：
在FreeRTOS中有许多Include可以配置，主要是使能一些功能。包括任务挂起、恢复、中断恢复等等，在需要时使能即可。
二、HAL库配置
1.时钟树的配置
参考：STM32 hal库使用笔记（一）GPIO的使用—流水灯_乱码小伙的博客-CSDN博客
由于FreeRTOS的系统定时器要用滴答定时器，而CubeMX不推荐共用，所以需要修改Timebase Source的来源于其他的定时器。
2.FreeRTOS的配置
2.1 动态任务的配置（代码对应3.1）
实验目标：添加两个任务，分别是task1、task2，task1中实现LED0的定时翻转，task2中实现LED1的定时翻转。当按键1按下时，删除任务2。
使用CubeMX配置后，会自动剪裁FreeRTOS，只保留必要文件，由于只是实验动态任务，所有大部分默认即可。
添加任务1和任务2，注意，这两个任务的级别可以相同也可以不同，因为LED翻转会有阻塞态，会释放CPU资源给另一个LED。
配置完成后生成代码即可。
2.2 静态任务的配置
静态任务的创建与静态任务的创建的最大区别就是，静态任务需要用户自己分配任务堆栈，步骤麻烦一些，不过利用CubeMX，只需修改任务创建方式即可。
任务控制块的作用：用来保存任务信息，在任务切换时保存任务状态，方便恢复现场。
其实验效果和原理与动态基本一致，就不再演示实验效果和代码部分。
关于任务删除有几点补充：在一个任务中删除的任务要不是这个任务本身，要不就是其他的任务，如果是其他任务，则会在本任务中将被删除的任务释放；若是任务本身，则需要在空闲任务中删除本任务，所以FreeRTOS会自动创建空闲任务。（这是针对的动态任务，静态任务需要用户进行删除。）
2.3 任务挂起和恢复的配置（包括中断恢复，对应代码3.2）
实验目的：配置两个任务和一个外部中断，由于用LED灯来显示的话与上个任务的现象差不多，所以改用串口来检测，按键1在任务中挂起任务，按键2在任务中恢复任务，按键3在中断中恢复任务。
串口的配置参考：STM32 hal库使用笔记（二）中断—串口中断_乱码小伙的博客-CSDN博客
外部中断的配置参考：STM32 hal库使用笔记（二）中断—外部中断_乱码小伙的博客-CSDN博客
先说一些中断恢复的注意问题，为了任务调度时任务的优先级清楚、明晰、好分配所以CubeMX会自动将中断分组设为4，这样就没有响应优先级的冲突，由抢占优先级起到决定作用。而想在中断中使用API函数，中断的优先级必须在FreeRTOS的管理范围内，这个范围可以配置，默认是5-15。如果优先级分组/优先级不是如上所说的配置，在中断中调用API函数时会发生很多问题，老版本会不产生作用，但是我的实测是直接卡死，所以还是建议按照分组和优先级的规则进行配置。
在中断服务函数里边需调用FreeRTOS的API函数，必须使用带“FromISR”后缀的函数。
Config的配置同上就行，再就是确保以下的两个函数使能即可（才能打开对应的寄存器）。
2.4 任务中断管理配置（代码参考3.3）
实验目的：检验中断管理的作用，属于FreeRTOS管理的范围内（5~15）的中断，可以利用portDISABLE_INTERRUPTS()函数进行关闭。利用串口进行检验，将定时器2、3的抢占优先级配为4和6，建立一个任务，在任务中利用按键1和按键2来开启和关闭中断，串口打印信息进行反馈。
定时器配置参考：STM32 hal库使用笔记（二）中断—定时器中断_乱码小伙的博客-CSDN博客
按键配置参考：STM32 hal库使用笔记（一）GPIO的使用—按键控制LED_乱码小伙的博客-CSDN博客
CubeMX的配置同上，打开两个函数的使能，配置一个任务即可。
三、代码编写
3.1
只需要编写任务即可。
任务1：
void StartTask02(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask02 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin)==0)
{
HAL_Delay(20);
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin)==0)
{
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin) == 0);
if(myTask03Handle!=NULL){
vTaskDelete(myTask03Handle);
myTask03Handle=NULL;
}
}
}
osDelay(500);
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
k++;if(k==4)printf("task1正在运行\r\n");
if(k>7)k=0;
//uxTaskGetStackHighWaterMark(myTask02Handle);
}
/* USER CODE END StartTask02 */
}
任务2：
void StartTask03(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask03 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
osDelay(500);
if(k==7)printf("task2正在运行\r\n");
HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin);
}
/* USER CODE END StartTask03 */
}串口部分不用配置，删除即可。
实现现象：
任务的建立和删除实验
3.2
编写任务1和任务2，以及外部中断更新回调函数即可。
任务1：
void StartTask02(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask02 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
osDelay(500);
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
count1++;
if(count1==9)
{
printf("-----task1正在运行-----\r\n");
count1=0;
}
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin)==0)
{
HAL_Delay(20);
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin)==0)
{
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin) == 0);
vTaskSuspend(myTask03Handle);
printf("!!!--------task2被挂起--------!!!\r\n");
}
}
else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin)==0)
{
HAL_Delay(20);
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin)==0)
{
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == 0);
vTaskResume(myTask03Handle);
printf("!!!--------task2已在任务中恢复--------!!!\r\n");
}
}
}
/* USER CODE END StartTask02 */
}任务2：
void StartTask03(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask03 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
osDelay(500);
HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin);
count2++;
if(count2==5)
{
printf("-----task2正在运行-----\r\n");
count2=0;
}
}
/* USER CODE END StartTask03 */
}中断回调函数，注意抢占优先级必须在5~15：
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
BaseType_t xYieldRequired;
if(GPIO_Pin == KEY_UP_Pin)
{
xYieldRequired = xTaskResumeFromISR( myTask03Handle );
if(xYieldRequired == pdTRUE )//需要任务切换
{
portYIELD_FROM_ISR( xYieldRequired );
}
printf("!!!----已经在中断中恢复task2----!!!");
}
}有个问题需要说明，printf函数占时较长，在中断中不宜使用，下个实验已经更换。
实现现象：
3.3
同理，只需要编写任务逻辑和中断更新回调函数即可。
任务编写：
void StartTask02(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN StartTask02 */
/* Infinite loop */
for(;;)
{
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin)==0)
{
HAL_Delay(20);
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin)==0)
{
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin) == 0);
portDISABLE_INTERRUPTS();
printf("!!!--------中断关闭--------!!!\r\n");
}
}
else if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin)==0)
{
HAL_Delay(20);
if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin)==0)
{
while(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin) == 0);
portENABLE_INTERRUPTS();
printf("!!!--------中断开启--------!!!\r\n");
}
}
}
/* USER CODE END StartTask02 */
}中断回调函数：
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
/* USER CODE BEGIN Callback 0 */
/* USER CODE END Callback 0 */
if (htim->Instance == TIM6) {
HAL_IncTick();
}
/* USER CODE BEGIN Callback 1 */
if (htim->Instance == TIM2)
{
uint8_t MyArray[] = {"定时器2正在运行\r\n"};
HAL_UART_Transmit(&huart1, MyArray, sizeof(MyArray), 10000);
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin);
}
if (htim->Instance == TIM3)
{
uint8_t MyArray2[] = {"定时器3正在运行\r\n"};
HAL_UART_Transmit(&huart1, MyArray2, sizeof(MyArray2), 10000);
HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin);
}
/* USER CODE END Callback 1 */
}实验现象：
可以看到，中断关闭，在管理范围内的定时器3已经停止工作，不在管理范围内的定期器2仍在工作。
欢迎大家交流和指正！！！不胜欣喜！！！
