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FreeRTOS是一款开源的专为小型嵌入式系统设计的可扩展的实时内核，已经被移植到STC最新的STC32G12K128单片机上了。在STC官网上给出了以STC32G实验箱为平台的FreeRTOS演示范例，该范例充分展示了FreeRTOS的特色、STC32G单片机的性能和STC32G实验箱的功能。 本文以STC32G单片机上的具有三个实时任务的FreeRTOS程序为例，分部分介绍如何开始编写RTOS多任务程序。 下面的视频为实际运行效果：
（1）视频右面是STC32G实验箱，上面闪烁的三个LED分别由三个实时任务独立控制。视频左面的是STC ISP上的串口助手，动态显示三个实时任务通过串口发送的任务循环计数信息。 下图是截屏： 图中每个任务显示一行信息，后面的数字是该任务的循环计数值。 （2）实时任务程序。下图是实时任务0的完整程序，每个任务程序与前两篇文章介绍的后台任务有相同的程序结构：有一个只执行一次的任务设置部分和一个无限循环任务程序部分。同后台任务一样，实时任务也不允许退出，用“return”语句退出任务函数将产生不可预料的危险后果。 （3）第40行是任务函数定义，由于历史的原因，常见的开源的RTOS任务函数都用一个任意指针作为参数，由任务调度程序在任务开始时向任务传送数据。在本例中它是一个空值。 由于任务程序中没有使用这个参数，所以用第45行程序来欺骗编译器，免得产生参数未使用的错误信息，这是RTOS程序的一个惯例。 （4）本任务函数使用了两个局部变量“Tick”和“TX_Buf”，第48行将Tick初始化位0。 （5）第53行将对应任务0的LED0的电平翻转，产生LED闪烁。 （6）根据前两篇文章的介绍，对于实时任务，各个任务可能被互相中断，所以应该采用输出缓冲区方法，使用“sprint+puts”来输出串口信息，这样各个任务之间的输出才是正确的。第59和60行输出任务0的循环计数值。 （7）根据设计，任务0每秒做一次循环，任务程序从第53行开始到60行完成的执行时间为毫秒量级，离下次再次执行还有很多时间。如果是前面介绍的单个后台任务，可以用软件延时来等到下次重复，但对于RTOS实时多任务系统，实时任务0应该把CPU控制权交出来让CPU运行其他实时任务。 第63行的RTOS任务休眠函数“uCx51_Task_Sleep_MS”就是告诉任务调度程序自己需要休眠多少毫秒，让任务调度函数将CPU控制权切换到别的任务。等到休眠够了时间，调度任务又会将任务切换回任务0，程序从休眠函数中退出下，继续执行下一行程序。 任务休眠函数在FreeRTOS系统中为“vTaskDelay”，为了与我的其他文章相对应，本范例用宏替换语句替换为“uCx51_Task_Sleep_MS”。 （8）下图是实时任务1和实时任务2的程序： 程序结构与实时任务0高的相似，就不一一介绍了。 （9）定义任务。在RTOS建立实时一个实时任务，需要确定该任务的四个参数，下图是本范例的任务定义部分程序。 首先是任务堆栈大小。从前面可以看到实时任务包括了一个无限循环，如果剥夺了一个实时任务的执行权，就需要将该任务的执行现场保护起来，以便将来恢复该任务时可以恢复现场，从被中断的地方继续开始执行。执行现场包括两种，一个被中断时的各个通用寄存器的内容，它代表了CPU正在进行的操作，另一个是系统堆栈里的内容，它包含了函数嵌套访问的返回地址和临时变量的内容。因此每个实时任务都有一个对应的任务堆栈。对于STC32G单片机的一般任务，任务堆栈的大小一般设置为256个字节，见第35行程序。 其次FreeRTOS是按任务优先级来调度任务的，优先级高的任务具有优先执行权，任务调度程序会剥夺优先级低的任务的执行权，让优先级高的任务运行。对于本版本的FreeRTOS，用户任务优先级的取值范围位1～31，本范例设计为Task0优先级最高，故各个任务的优先级分别为12、11、10（第38、43和48行程序）。 另外，对每个任务还要指定一个任务句柄，FreeRTOS用它来指定任务管理的对象——对哪个任务进行操作。 最后，对每个任务要指定一个任务函数，用户将每个任务需要实现功能的程序写在里面。
（10）建立任务。FreeRTOS用“xTaskCreate”函数来建立任务，对每个任务调用一次就可以建立起任务。本范例建立任务的程序见下图： （11）当所有任务建立完成后，调用“vTaskStartScheduler()”函数后任务调度器就开始工作，将CPU的控制权交给各个任务。由于每个实时任务都有无限循环，不会退出，因此这个函数调用也绝不会返回，第111行以后的程序也不会得到执行。
（12）除了FreeRTOS系统需要初始化外，单片机硬件系统也需要初始化。因此像所有的单片机程序一样，本范例也包括了STC32G实验箱的初始化部分，见下图。 （13）最后介绍一下使用FreeRTOS开源软件需要许可说明。通常你需要注明你使用的FreeRTOS系统的来源，比如本范例使用的是STC官方移植的FreeRTOS版本。见下图
下面是本文范例程序： | 
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发表于 2023-8-6 14:35:38
发表于 2023-8-6 23:21:11
