FreeRTOS 事件

FreeRTOS 事件

实验概述

本次实验主要使用 FreeRTOS 实现了一个简单的按键检测和事件处理系统。通过创建多个任务（Key_Task、Event_Task 和 LED_Task），实现了按键状态的检测、事件的设置与等待以及 LED 的切换。

代码结构

主函数 main

int main(void)
{
    /* 初始化硬件 */
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART2_UART_Init();

    /* 创建初始化任务 */
    xTaskCreate(InitializeTasks, "init_Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, &InitializeTasks_Handle);

    /* 启动调度器 */
    vTaskStartScheduler();

    while (1)
    {
        // 无限循环，实际不会执行到这里
    }
}

主要步骤

1. 初始化硬件：调用 HAL_Init() 初始化 HAL 库，SystemClock_Config() 配置系统时钟，MX_GPIO_Init() 初始化 GPIO，MX_USART2_UART_Init() 初始化 UART。
2. 创建初始化任务 InitializeTasks，并将其放入任务队列。
3. 启动 FreeRTOS 调度器，开始多任务调度。

初始化任务 InitializeTasks

void InitializeTasks(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();
    eventGroup = xEventGroupCreate(); // 创建事件组

    // 创建三个任务：Key_Task, Event_Task, LED_Task
    xTaskCreate(Key_Task, "Key_Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 3, &Key_Task_Handle);
    xTaskCreate(Event_Task, "Event_Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, &Event_Task_Handle);
    xTaskCreate(LED_Task, "LED_Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &LED_Task_Handle);

    // 删除初始化任务
    vTaskDelete(InitializeTasks_Handle);
    taskEXIT_CRITICAL();
}

主要步骤

1. 进入临界区，防止中断打断任务创建过程。
2. 使用 xEventGroupCreate() 创建一个事件组，用于任务间通信。
3. 使用 xTaskCreate() 创建三个任务：Key_Task、Event_Task 和 LED_Task，并设置各自的优先级。
4. 删除初始化任务，释放资源。

按键检测任务 Key_Task

void Key_Task(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        if (Key_Scan(GPIOA, GPIO_PIN_10) == 1)
        {
            xEventGroupSetBits(eventGroup, KEY1_EVENT_BIT); // 设置按键1事件位
            printf("Key 1 Pressed\r\n");
        }
        if (Key_Scan(GPIOB, GPIO_PIN_4) == 1)
        {
            xEventGroupSetBits(eventGroup, KEY2_EVENT_BIT); // 设置按键2事件位
            printf("Key 2 Pressed\r\n");
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200)); // 延时200毫秒
    }
}

主要步骤

1. 在无限循环中不断检测按键状态。
2. 使用 Key_Scan() 函数检测按键 GPIO 引脚的状态，如果按键按下，则使用 xEventGroupSetBits() 设置相应的事件位，并打印按键信息。
3. 使用 vTaskDelay() 添加延时，避免频繁检测导致 CPU 占用过高。

按键事件处理任务 Event_Task

void Event_Task(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        EventBits_t eventBits = xEventGroupWaitBits(eventGroup, KEY1_EVENT_BIT | KEY2_EVENT_BIT, pdTRUE, pdTRUE, portMAX_DELAY); // 等待按键事件
        if (eventBits & (KEY1_EVENT_BIT | KEY2_EVENT_BIT) == (KEY1_EVENT_BIT | KEY2_EVENT_BIT))
        {
            printf("Both Key 1 and Key 2 Pressed\r\n");
        }
    }
}

主要步骤

1. 在无限循环中等待按键事件。
2. 使用 xEventGroupWaitBits() 等待 KEY1_EVENT_BIT 和 KEY2_EVENT_BIT 两个事件位同时被设置。
3. 如果两个按键同时按下，则打印相关信息。

LED 切换任务 LED_Task

void LED_Task(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13); // 切换LED状态
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));         // 延时500毫秒
    }
}

主要步骤

1. 在无限循环中不断切换 LED 状态。
2. 使用 HAL_GPIO_TogglePin() 切换 LED 的 GPIO 引脚状态。
3. 使用 vTaskDelay() 添加延时，控制 LED 的闪烁频率。

按键扫描函数 Key_Scan

uint8_t Key_Scan(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
    // 读取当前按键状态
    uint8_t keyState = (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_RESET) ? 1 : 0;
    if (keyState == 1)
    {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50));
        // 再次读取按键状态，确认是否真的变化
        uint8_t keyState_new = (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_RESET) ? 1 : 0;

        if (1 == keyState_new)
        {
            return 1; // 按键按下
        }
    }

    return 0; // 按键未按下
}

主要步骤

1. 读取指定 GPIO 引脚的按键状态。
2. 如果按键状态为按下（GPIO_PIN_RESET），则添加延时以去抖动。
3. 再次读取按键状态，确认按键确实被按下。
4. 返回按键状态：1 表示按键按下，0 表示按键未按下。

标准输出重定向函数 fputc

int fputc(int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

主要步骤

1. 将字符 ch 通过 UART 发送到串口。
2. 使用 HAL_UART_Transmit() 发送数据。
3. 返回发送的字符。

实验结果

根据实验结果，系统能够正确检测按键状态，并在按键按下时设置相应的事件位。具体输出如下：

FreeRTOS STM32F1xx Example
Key 1 Pressed
Key 2 Pressed
Both Key 1 and Key 2 Pressed
Key 2 Pressed
Key 1 Pressed
Both Key 1 and Key 2 Pressed

总结

本次实验通过 FreeRTOS 实现了按键检测和事件处理，展示了如何使用事件组进行任务间的通信。通过创建多个任务并设置不同的优先级，实现了系统的多任务调度。此外，还展示了如何重定向标准输出，将调试信息通过串口发送到终端。

参考资料

• FreeRTOS 官方文档
• STM32 HAL 库文档