STM32CubeMX之FreeRTOS

Posted 2021-06-07 while(1)

文章目录

• 1 STM32CubeMX参数配置及其说明
• • 1.1 FreeRTOS Mode
  • 1.2 Config parameters
  • • 1.2.1 Kernel setting
    • 1.2.2 Memory management setting
    • 1.2.3 Hook function related definitions
  • 1.3 创建任务Task和队列Queue
  • • 1.3.1 创建任务Task
    • 1.3.2 创建队列Queue
  • 1.4 FreeRTOS Heap Usage
  • 1.5 FreeRTOS时钟和HAL timebase Source
  • • 1.5.1 FreeRTOS时钟和HAL timebase 使用同一时钟源
    • 1.5.1 FreeRTOS时钟和HAL timebase 使用不同时钟源

参考资料：

1. 《STM32F103 FreeRTOS开发手册V1.1》

1 STM32CubeMX参数配置及其说明

1.1 FreeRTOS Mode

这里有两种选项

参考文章：FreeRTOS选项中Disable、CMSIS_V1和CMSIS_V2的区别
这里做实验使用的单片机是STM32F1系列，内核为Cortex - M3，所以选择CMSIS_V1即可。

1.2 Config parameters

1.2.1 Kernel setting

1. USE_PREEMPTION
   为1时使用抢占是调度器，为0时使用协程。

2. TICK_RATE_HZ
   系统时钟节拍频率，单位为HZ。值设置为1000，即周期就是1ms。

3. MAX_PRIORITIES
   设置任务的优先级数量，设置好以后任务就可以使用从0到（MAX_PRIORITIES - 1）的优先级，其中0位最低优先级，（MAX_PRIORITIES - 1）为最高优先级。

4. MINIMAL_STACK_SIZE
   设置空闲任务的最小任务堆栈大小，以字为单位，而不是字节。如该值设置为128 Words，那么真正的堆栈大小就是 128*4 = 512 Byte

5. MAX_TASK_NAME_LEN
   设置任务名最大长度

6. IDLE_SHOULD_YIELD
   定义了与空闲任务（idle Task）处于同等优先级的其他用户任务的行为，当为0时空闲任务不会为其他处于同优先级的任务让出CPU使用权；当为1时空闲任务就会为处于同优先级的任务让出CPU使用权，除非没有就绪的用户任务。建议设置为0.

7. USE_MUTEXES
   为1时使用互斥信号量，相关的API函数会被编译。

8. USE_RECURSIVE_MUTEXES
   为1时使用递归互斥信号量，相关的API函数会被编译。

9. USE_COUNTING_SEMAPHORES
   为1时启用计数型信号量， 相关的API函数会被编译。

10. QUEUE_REGISTRY_SIZE
    设置可以注册的队列和信号量的最大数量，在使用内核调试器查看信号量和队列的时候需要设置此宏，而且要先将消息队列和信号量进行注册，只有注册了的队列和信号量才会在内核调试器中看到，如果不使用内核调试器的话次宏设置为0即可。

11. USE_APPLICATION_TASK_TAG
    为1时可以使用vTaskSetApplicationTaskTag函数。

12. ENABLE_BACKWARD_COMPATIBILITY
    为1时可以使V8.0.0之前的FreeRTOS用户代码直接升级到V8.0.0之后，而不需要做任何修改。

13. USE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION
    FreeRTOS有两种方法来选择下一个要运行的任务，一个是通用的方法，另外一个是特殊的方法，也就是硬件方法，使用MCU自带的硬件指令来实现。STM32有计算前导零指令吗，所以这里强制置1.

14. USE_TICKLESS_IDLE
    为1时使能低功耗tickless模式

15. USE_TASK_NOTIFICATIONS
    为1时使用任务通知功能，相关的API函数会被编译。开启了此功能，每个任务会多消耗8个字节。

16. RECORD_STACK_HIGH_ADDRESS
    为1时栈开始地址会被保存到每个任务的TCB中（假如栈是向下生长的）

1.2.2 Memory management setting

1. TOTAL_HEAP_SIZE
   设置堆大小，如果使用了动态内存管理，FreeRTOS在创建 task, queue, mutex, software timer or semaphore的时候就会使用heap_x.c(x为1~5)中的内存申请函数来申请内存。这些内存就是从堆ucHeap[configTOTAL_HEAP_SIZE]中申请的。

1.2.3 Hook function related definitions

钩子函数（hook）也叫回调函数（callback）

1.3 创建任务Task和队列Queue

1.3.1 创建任务Task

其中任务的堆（heap）使用计算：
FreeRTOS requires to allocate in the heap for that user task:
number of bytes = TCB size + (4 * task stack size) = 624 Bytes
Here:
TCB size = 112
task stack size = 128

1.3.2 创建队列Queue

其中队列的堆（heap）使用计算：
FreeRTOS requires to allocate in the heap for that message queue:
number of bytes = 76 + queue_storage_area = 124 Bytes
queue_storage_area (in bytes) = (element_size * nb_elements) + 16.
Here:
element_size = 2
nb_elements = 16

1.4 FreeRTOS Heap Usage

STM32CubeMX在配置完参数后会自动计算使用堆的情况

1.5 FreeRTOS时钟和HAL timebase Source

1.5.1 FreeRTOS时钟和HAL timebase 使用同一时钟源

参考文章：STM32 Cubemx FreeRTOS的timebase配置
FreeRTOS默认使用SysTick作为时钟源，而如果timebase Source也选择SysTick，如下图
则会出现如下警告

1. 如果强行点击Yes
   在stm32f1xx_it.c中找到如下函数，可以看出FreeRTOS 滴答时钟和HAL timebase都使用SysTick作为时钟源，强烈建议不要这样做。

void SysTick_Handler(void)
{
  HAL_IncTick();   /*HAL timebase*/
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 )
  if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)
  {
#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
  xPortSysTickHandler();   /*FreeRTOS 滴答时钟*/
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 )
  }
#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
}

1.5.1 FreeRTOS时钟和HAL timebase 使用不同时钟源

选择TIM7作为HAL timebase 时钟源

1. HAL timebase时钟源
   在生成的工程中多出了一个时基的c文件
   

该文件将TIM7初始化为HAL的时基源，中断周期为1ms

在main.c文件中可以找到如下函数，

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if (htim->Instance == TIM7) {
    HAL_IncTick();
  }
}

HAL timebase最明显的使用场景是 使用HAL库的延时函数 HAL_Delay

2. FreeRTOS的时钟源
   在cmsis_os.c文件中有如下函数

/**
* @brief  Handles the tick increment
* @param  none.
* @retval none.
*/
void osSystickHandler(void)
{
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )
  if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)
  {
#endif  /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */  
    xPortSysTickHandler();
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )
  }
#endif  /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */  
}

在FreeRTOSConfig.h文件中可以找到如下宏定义

#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler