基于 STM32CubeMX + STM32CubeIDE 的 FreeRTOS 移植模版

记录 FreeRTOS 学习日志及备份项目工程模版

开发环境

FreeRTOS: V10.0
IDE: STM32CUBEIDE
MCU: STM32F103C8T6
工程模版: STM32CubeMX 生成 FreeRTOS 工程

功能说明

两个Task任务，实现点亮频闪LED灯～

移植说明

已经移植上机测试过了，直接编译运行即可。
本文仅记录一下关键步骤，详细移植可以看
使用STM32CubeIDE 进行 FreeRTOS 手动移植F103系列最小系统
 记基于STM32 的 FreeRTOS 学习的移植日志【一】
记基于STM32 的 FreeRTOS 学习的移植日志【二】

版本日志

V1.0.0 2023.2.8

Task1、Task2同优先级模拟延时测试
- 测试相对延时和绝对延时效果
- 已经配置 printf 串口重定向
- 配置 PC13 LED闪烁

V1.0.1 2023.2.9

按键控制任务创建/删除 - 短按
按键控制任务挂起/恢复 - 长按
按键引脚 PA0
任务中打印输出传入参数

注意：

检测按键输入的时候一般采用上拉；延时消抖动实测取10ms更佳
本例使用的是同一个板载按键实现的长按/短按功能，不建议这样使用，可能会出现异常。

已知问题：任务2输出按以下方式会卡在任务2中，导致任务1无法执行或者仅执行第一次

// 任务2
void LedTaskCo(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN LedTaskCo */
  TickType_t xLastWakeTime;
  xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
	  printf(argument);
	  printf("Task2: "); //不要这句，才可以跑
	  printf("\r\n");
	  osDelay(200); // 模拟任务占用时间
	  vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime,500); //绝对延时500ms
  }
  /* USER CODE END LedTaskCo */
}

玄学，去掉第二个printf可以运行；若改用完全一致的程序效果正常。问题应该是出在两个任务调用的功能、所耗时间不同导致时间片轮转时产生的task1的printf没有来得及输出所致。

解决： printf("Task2: %s\n\n", (char *)argument); //传入NULL时会大量输出乱码

正解：在任务中增加互斥量进行 printf 函数的控制

V1.0.2 2023.2.10

队列的基本使用
- 消息队列(使用CubeMX创建)
- 按键发送任务: 设置等待时间为0
- 一个接收任务: 等待时间为最大(portMAX_DELAY)
修复BUG
- 修改之前版本的按键检测为LED

V1.0.3 2023.2.10

创建信号量: STM32CubeMX创建默认为1; 手动创建为0

FreeRTOS -> Timers and Semaphores -> Binary Semaphores
Add

手动创建:

SemaphoreHandle_t BinarySem_Handle =NULL;
/* 创建 BinarySem */
BinarySem_Handle = xSemaphoreCreateBinary();

二值信号量
- 上机会自动Take 1次信号，由于CubeMX初始化二值信号量为最大值1
- 按键按下Give信号
- Task2定时1s负责Take信号

V1.0.4 2023.2.10

修复BUG
- V1.0.3 手动创建二值信号量的错误
计数信号量

模拟车库停车

创建信号量: STM32CubeMX创建默认为最大值; 手动创建为0

FreeRTOS -> Config Parameters -> USE_COUNTING_SEMAPHORES [enable]
FreeRTOS -> Timers and Semaphores -> Counting Semaphores
Add

或手动创建:

SemaphoreHandle_t CountSem_Handle =NULL;
/* 创建 CountSem */
CountSem_Handle = xSemaphoreCreateCounting(5,5); // MAX_Value, INIT_Value

任务: 创建计数信号量大小为2
- Task3: (按键)可以将车停入车库/开出车库
- Task2: 串口每1秒显示一下车库内车辆数据

V1.0.5 2023.2.11

互斥量引入
任务: 模拟优先级翻转

Task1、3所访问的为同一二值信号量
- Task1: 高优先级（二值信号量）
- Task2: 中优先级（模拟任务干扰）
- Task3: 低优先级 (二值信号量)
结果: 当上电开机之后，系统会调用一次最高优先级的任务，是由于CubeMX在生成二值信号量时给的初值为1(即已经释放二值信号量)，此时任务1可以获取该信号量(同时获取之后信号量减1为0)；之后的Task1高优先级任务均会等待 Task2 和 Task3 执行之后才会从阻塞进入就绪到运行状态。(PS: 可以阅读博文详细分析)

V1.0.6 2023.2.11

任务: 互斥量的优先级继承

Task1、3所访问的为同一互斥量，修改自V1.0.5
- Task1: 高优先级（二值信号量）
- Task2: 中优先级（模拟任务干扰）
- Task3: 低优先级 (二值信号量)

实验结果当上电开机之后，系统会依次从高到低调用各优先级的任务，是由于CubeMX在生成互斥量时给的初值为1(即已经释放互斥量)。最后从此Task1高优先级任务均会阻塞等待互斥量释放，同时将低优先级任务Task3提到同级(即高优先级)，待Task3执行之后才会从阻塞进入就绪到运行状态，方运行Task2 中优先级任务。(PS: 可以看博文解析)

V1.0.7 2023.2.11

任务: 事件组模拟火箭发射倒计时点火

手动创建事件组
- Task1: 实时检测点火
- Task2: 模拟倒计时10秒
- Task3: 按键确认点火
- 成功点火: 倒计时完成 + 按键确认
实验结果任务2倒数10秒，当任务3按键按下后，且倒计时1秒时🚀发射。
补充: 事件的逻辑或

	  r_event = xEventGroupWaitBits(Event_Handle, /* 事件对象句柄 */
	  		  0x0001||0x0010,/* 接收线程感兴趣的事: 事件组寄存器值 */
	  		  pdTRUE, /* 退出时清除事件位 */
	  		  pdTRUE, /* 满足感兴趣的所有事件 */
	  		  portMAX_DELAY);/* 指定超时事件,一直等 */

V1.0.8 2023.2.12

任务: 任务通知模拟二值信号量
- Task1: 模拟二值信号量 - 接收任务1
- Task2: 模拟二值信号量 - 接收任务2
- Task3(任务优先级最低): 模拟按键释放二值信号量: 短按激活Task2，长按激活Task1
注意: 若任务Task3优先级不低于1、2会导致异常，原因是会先运行高优先级任务
结果

00:37:07:629 -> Receive2_Task Got!
00:37:07:631 -> 
00:37:07:632 -> Receive2_Task_Handle Send!
00:37:09:328 -> Program Running
00:37:09:971 -> Receive2_Task Got!
00:37:09:974 -> 
00:37:09:974 -> Receive2_Task_Handle Send!
00:37:11:464 -> Receive1_Task Got!
00:37:11:467 -> 
00:37:11:467 -> Receive1_Task_Handle Send!
00:37:14:329 -> Program Running
00:37:14:531 -> Receive1_Task Got!
00:37:14:533 -> 
00:37:14:533 -> Receive1_Task_Handle Send!
00:37:16:079 -> Receive1_Task Got!
00:37:16:083 -> 
00:37:16:083 -> Receive1_Task_Handle Send!
00:37:17:176 -> Receive2_Task Got!
00:37:17:179 -> 
00:37:17:179 -> Receive2_Task_Handle Send!
00:37:19:330 -> Program Running

V1.0.9 2023.2.12

任务: 任务通知模拟计数信号量

任务通知模拟车库停车
- Task2: 模拟计数信号量，按键短按开走车量
- Task3(任务优先级最高): 模拟按键释放计数信号量: 长按释放，停车
注意: 若任务Task3优先级不高于2会导致异常，原因是会先运行高优先级任务

V1.0.10 2023.2.12

任务: 任务通知模拟事件组

任务通知模拟火箭发射: 逻辑与
- Task1: 即时检测火箭发射准备状态
- Task2: 模拟倒计时事件
- Task3: 模拟按键确认发射事件
注意: 若任务优先级不重要

V1.0.11 2023.2.12

任务: 任务通知模拟消息队列

设置接收消息任务为无限阻塞时需要考虑多任务下优先级问题。
- Task1: 即时检测接收消息队列并输出
- Task3: 模拟按键确认发送消息队列(发出消息地址，以解决最大传输4字节)
串口日志

02:10:52:250 -> Program Running
02:10:53:867 -> LEDHandle Send Ok!
02:10:53:872 -> Receive Task: Hi, this is Suroy.
02:10:53:878 -> 
02:10:54:280 -> Program Running

V1.0.12 2023.2.13

CubeMX配置

使用CubeMX创建默认周期为1，需要自行修改，手动创建不需要更改周期

开启软件定时器: FreeRTOS -> Config parameters -> Soft Timer definitions -> USE_TIMERS [enable]
开启定时器回调函数: FreeRTOS -> Include parameters -> xTimerPendFunctionCall [enable]
Timers and Semaphores -> Add Timer
任务: 软件定时器
- Timer1: 500ms; Timer2: 1000ms
- 初始化时手动修改周期，修改周期后自动启动
- 按键按下切换 Timer1 开关 KeyTask

V1.0.13 2023.2.13

任务: 中断屏蔽测试

按键按下优先级数值 >= configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断将会被屏蔽，再次按下恢复。

CubeMX配置
- 说明
  - Tout = (ARR+1) * (PCS+1) / Tclk
  - 定时时间(us) = (计数周期+1) * (分频系数+1) / 输入时钟频率(MHz)
- TIM3: Internal Clock -> 500ms (APR, 5000-1; PCS, 7200-1) -> NVIC Settings [enable]
- TIM4: Internal Clock -> 1000ms -> NVIC Settings [enable]
- NVIC
  - TIM3 -> Use FreeRTOS functions [Checked] -> 任意设置
  - TIM4 -> Use FreeRTOS functions [No check] -> 0-5 任意

zsuroy/iFreeRTOS-demo