多线程-RGB_LED闪烁灯
Posted 玖道
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了多线程-RGB_LED闪烁灯相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
开始学习线程之前，你可能需要复习：
如果准备就绪，那么，进入正题！
线程
线程概念
In CMSIS-RTOS2, the basic unit of execution is a “Thread”. A Thread is very similar to a ‘C’ procedure but has some very fundamental （根本的）differences. An RTOS program is made up of a number of threads, which are controlled by the RTOS scheduler.
线程是程序执行的基本单元。我们可以将程序分解为多个功能相对独立的子任务（类似C函数模块化调用），然后为每个子任务分配一个线程，而RTOS负责子任务之间的调度，从而实现多线程的"并行"，提高程序的实时性和效率。
unsigned int procedure(void) // C function
...
return (ch);
void thread(void* arg) // thread
while(1)
...
线程调度
问题来了，scheduler是如何进行线程调度的？。其实很简单，scheduler以SysTick产生的周期性中断作为时基，给每个线程分配一个时间片（相当于分配多少个sysTick），当某个线程的时间片用完了，就阻塞该线程，而调度另一个就绪线程执行。那SysTick是什么？我们知道微处理器上面有很多时序电路，所以我们经常会用到石英晶振来产生稳定的时钟信号。一个时钟周期就是一个SysTick，它一般是一个很精准的固定量，比如对于8MHz的晶振,其时钟周期是
1
/
8
M
H
z
=
0.125
u
s
1/8MHz = 0.125us
1/8MHz=0.125us，即SysTick = 0.125us。
线程管理
When a thread is created, it is also allocated its own thread ID. This is a variable which acts as a handle for each thread and is used when we want to manage the activity of the thread.
每个线程都有一个id，我们可以通过这个id来管理线程。
osThreadId id1,id2,id3; // 线程id
线程切换
当线程切换时，kernel会将当前线程的所有变量状态保存到该线程的栈中，同时将该线程的运行信息保存到线程控制块中，然后执行另外一个线程。
线程通常有三种状态：运行态、就绪态、阻塞态。
大致了解这么多吧~，详细可以看操作系统相关的书籍。
RTX Thread API
操作系统的一大优点就是：抽象。它将底层的硬件资源抽象成一组接口，然后用户便可以直接在这些接口上进行开发。这样既提高了开发效率，也降低了开发门槛。CMSIS-RTX5 提供了线程的创建、删除等接口，主要包括如下：
osTreadId_t ：定义线程的ID
osThreadAttr_t: 定义线程属性结构体
osThreadNew: 创建线程
osThreadExit：线程退出
实验：RGB灯闪烁
功能：通过三个线程分别控制RGB LED 灯的三个灯的亮灭，从而实现颜色的合成。
硬件：stm32f103zet6
软件：keil MKD5.23,CMSIS-RTX5
准备
- （一）系统移植
- （二）修改配置
【系统移植】请参考:RTX系统移植，具体根据硬件平台，比如GPIO等。
【修改配置】配置用户线程数量，keil MDK默认1个用户线程，所以我们需要修改，笔者修改为10。另外，有需要也可以配置线程的栈空间大小。
配置线程
- 创建线程ID
- 创建线程函数和线程属性结构体
- 创建线程
【创建线程ID】
创建三个线程，分别表示红、绿、蓝三个线程ID。
osThreadId_t red_led,green_led,blue_led;
【创建线程函数和线程属性结构体】
这里以线程red_led为例，其他两个类似。首先，我们来看线程创建函数osThreadNew，其函数原型为：
osThreadId_t osThreadNew(osThreadFunc_t func,void* argument,const osThreadAttr_t* attr)
该函数有三个参数：
func: 线程名字argument: 线程函数的参数attr: 线程的属性配置，包括线程函数名，栈大小，优先级等等。
返回值
osThreadId_t: 表示该线程的ID号。
所以，在创建线程之前，我们需要先定义：func和attr
// 线程函数一：红灯
void redLight(void* arg)
while(1)
LED1(ON); // 声明在bsp_led.h中
osDelay(100); // RTX 提供的延时函数，这里延时100个SysTick
LED1(OFF);
osDelay(100);
线程函数就是一般的函数形式，唯一注意的是两点：函数内包含while(1)死循环，以及参数为void*。重点说一下线程属性结构体attr。
| 类型 | 数据成员 | 描述 |
|---|---|---|
const char* | name | 线程名 |
uint32_t | attr_bits | \\ 不关心 ~ |
void* | cb_mem | 线程控制块起始地址，默认NULL为动态分配 |
uint32_t | cb_size | 线程控制块大小，默认NULL为0 |
void* | stack_mem | 线程栈起始地址，默认NULL为使用定长内存池 |
uint32_t | stack_size | 线程栈大小，默认NULL为0 |
osPriority_t | priority | 线程优先级，默认osPriorityNormal |
TZ__ModuleId_t | tz_module | 安全区标志，默认0 |
uint32_t | reserved | 保留位，必须是0 |
一共9个，好多参数啊~，其实不必担心，我们常用的可能就name和Priority，其余的默认就好。所以，就有如下这种简易表示法。
// 线程一属性结构体
static const osThreadAttr_t threadAttr_LED1 =
.name = "redLight",
;
不过要使用这种方式，keil必须支持c99，如下：
这里再谈一下app_main，这个线程是CMSIS-RTX5提供的，相当于一个启动线程。它的任务就是创建用户需要的线程，完成使命后就退出。
void app_main (void *arg)
...
// 线程结构体参数，使用默认
static const osThreadAttr_t threadAttr_app_main =
"app_main",
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
osPriorityNormal,
NULL,
NULL
;
这里的线程属性结构体用的直接初始化的形式，主要是为了知道有这种方式，其实不用写也没关系，创建线程时直接传入NULL，使用默认值即可。
osThreadNew(app_main, NULL, NULL); // 直接传NULL
【创建线程】
搞定了func和attr，就可以创建线程啦~，我们直接在app_main中创建三个线程。
void app_main (void *arg)
// initialize
LED_GPIO_Config();
// create three threads
red_led = osThreadNew(redLight,NULL,&threadAttr_LED1); // 也可用NULL默认属性结构体
green_led = osThreadNew(greenLight,NULL,&threadAttr_LED2);
blue_led = osThreadNew(blueLight,NULL,&threadAttr_LED3);
// complete task,exit!
osThreadExit();
完整代码：
main.c
/*----------------------------------------------------------------------------
* CMSIS-RTOS 'main' function template
*---------------------------------------------------------------------------*/
#include "RTE_Components.h"
#include CMSIS_device_header
#include "cmsis_os2.h"
#include "bsp_led.h"
#ifdef RTE_Compiler_EventRecorder
#include "EventRecorder.h"
#endif
// Thread Information
osThreadId_t red_led,green_led,blue_led;
/*----------------------------------------------------------------------------
* Task thread
*---------------------------------------------------------------------------*/
// 红灯
void redLight(void* arg)
while(1)
LED1(ON);
osDelay(100);
LED1(OFF);
osDelay(100);
static const osThreadAttr_t threadAttr_LED1 =
.name = "redLight",
;
// 绿灯
void greenLight(void* arg)
while(1)
LED2(ON);
osDelay(100);
LED2(OFF);
osDelay(100);
static const osThreadAttr_t threadAttr_LED2 =
.name = "greenLight",
;
// 蓝灯
void blueLight(void* arg)
while(1)
LED3(ON);
osDelay(100);
LED3(OFF);
osDelay(100);
static const osThreadAttr_t threadAttr_LED3 =
.name = "blueLight",
;
/*----------------------------------------------------------------------------
* main thread
*---------------------------------------------------------------------------*/
void app_main (void *arg)
// initialize
LED_GPIO_Config();
// create three threads
red_led = osThreadNew(redLight,NULL,&threadAttr_LED1); // 也可用NULL默认属性结构体
green_led = osThreadNew(greenLight,NULL,&threadAttr_LED2);
blue_led = osThreadNew(blueLight,NULL,&threadAttr_LED3);
// exit
osThreadExit();
// 线程参数，使用默认
static const osThreadAttr_t threadAttr_app_main =
"app_main",
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
osPriorityNormal,
NULL,
NULL
;
int main (void)
// System Initialization
SystemCoreClockUpdate();
#ifdef RTE_Compiler_EventRecorder
// Initialize and start Event Recorder
EventRecorderInitialize(EventRecordError, 1U);
#endif
osKernelInitialize(); // Initialize CMSIS-RTOS
osThreadNew(app_main, NULL, &threadAttr_app_main); // Create application main thread
osKernelStart(); // Start thread execution
for (;;)
RGB_LED电路图
有些小伙伴，可能不理解RGB_LED,这里贴个图。
其实就是三个LED灯，集成在一起，管脚配置就不需要我介绍了吧，各位这么聪明~
编译运行
编译配置请看：RTX系统移植
我们来预料实现效果：我们创建了三个线程，分别点闪烁RGB_LED等的红绿蓝三个灯，由于线程是“并行”的，那么根据三原色的合成，最后RGB_LED灯应该是白光闪烁。
看看具体效果：
看见那个白闪闪的大灯了嘛，还不错哦，和预期一样。说明操作系统确实跑起来了，且三个线程正常工作~
其他
线程还有其他知识点，比如mutiple instances和joinable threads。
multiple instances(多个实例)
我们知道，线程创建函数为：
osThreadId_t osThreadNew(osThreadFunc_t func,void* argument,const osThreadAttr_t* attr);
多个实例的本质就是基于同一个线程函数func来创建多个线程实例，RTX根据参数argument来分配不同的线程ID。
比如，上面LED闪烁灯实验，三个线程函数都基本相同，只是LED号不同而已，所以我们可以将LED号传给参数argument，从而只需一个线程函数，便实现三个线程实例。
// base func
void Light(void* arg)
while(1)
switch((int)arg)
case 1:
LED1(ON);
osDelay(100);
LED1(OFF);
osDelay(100);
break;
case 2:
LED2(ON);
osDelay(100);
LED2(OFF);
osDelay(100);
break;
case 3:
LED3(ON);
osDelay(100);
LED3(OFF);
osDelay(100);
break;
线程属性结构体不变，这时创建三个线程可以这样：
// 定义参数指针
#define red (void*)1
#define green (void*)2
#define blue (void*)3
// create three threads
red_led = osThreadNew(Light,red,&threadAttr_LED1); // 也可用NULL默认属性结构体
green_led = osThreadNew(Light,green,&threadAttr_LED2);
blue_led = osThreadNew(Light,blue,&threadAttr_LED3);
编译后，下载到开发板运行效果是一样的。
joinable Thread(可接合线程)
额，先不管翻译的恰当与否，最重要的是，啥是可接合线程？
a second thread can join it by calling osThreadJoin(). This will cause the second thread to deschedule and remain in a waiting state until the thread which has been joined is terminated.
比如你正在看电视（线程A），这时候你妹来了，说要用你的电脑处理一个word文档（线程B）。由于是你妹，你当然选择接受了（线程B is joinable）。当然，这时候你就不能继续看电视了（线程A等待），直到你妹处理完word（线程B）结束，然后你才可以继续看电视（线程A恢复）。这里可接合线程就是指的线程B。可接合线程的设置在线程属性结构体中设置，也就是之前我们不关心的那个属性attr_bits。
static const osThreadAttr_t ThreadAttr_thread_joinable =
.attr_bits = osThreadJoinable,
;
当在某个线程中调用osThreadJoin()后，该线程就会等待，直到可接合线程退出为止。
osThreadJoin(<joinable_thread_handle>); // 函数原型
结合前面的例子，我们可以让red light 变成 joinable thread，然后在light线程中调用osThreadJoin()。
首先，这里设置red light的属性，使其 joinable
static const osThreadAttr_t threadAttr_LED1 =
.name = "redLight",
.attr_bits = osThreadJoinable,
;
然后还需要单独对线程函数做一下改变
// 红灯
void redLight(void* arg)
while(1)
LED1(ON);
osDelay(100);
LED1(OFF);
osDelay(100);
// base func
void Light(void* arg)
while(1)
switch((int)arg)
default:
red_led = osThreadNew(redLight,red,&threadAttr_LED1);
osThreadJoin(red_led); // 调用osThreadJoin()
case 2: // 红 + 绿
LED2(ON);
osDelay(100);
LED2(OFF);
osDelay(100);
break;
case 3: // 红 + 蓝
LED3(ON);
osDelay(100);
LED3(OFF);
osDelay(100);
break;
最后修改线程创建函数
// create three threads
green_led = osThreadNew(Light,green,&threadAttr_LED2);
blue_led = osThreadNew(Light,blue,&threadAttr_LED3);
joinable threads主要用于临时创建一个线程，用来处理一些事情，然后结束任务，主线程继续执行。
嗯大致就是这些~
小结
本文主要针对线程的概念，创建和编写做了简要介绍，最后基于一个具体的多线程RGB_LED灯的例子，让大家更直观理解多线程是如何工作和实现的。
重点
- 线程的概念
- 线程的创建，使用，和删除
- 多实例和可接合线程
希望对大家有所帮助，有不懂或者纠错的欢迎留言~，谢谢！
参考资料
以上是关于多线程-RGB_LED闪烁灯的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
我要把斐讯k2恢复出厂设置，按了rest之后红灯灯一直在急闪，恢复出厂设置也没成功。