FreeRTOS资源管理

本文探讨了在FreeRTOS系统中,由于非原子操作可能导致的问题,如LCD显示错误和变量访问冲突。文章介绍了临界段的概念,通过taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()宏来保护代码片段免受中断影响。此外,还讨论了在中断中使用taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()和taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()的方法,并提到了在长时间临界段中如何挂起调度器以避免上下文切换。

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在一个多任务系统中存在如下的潜在问题:非原子操作。当一个任务在访问一个资源,且尚未完成一次访问,此时被调度退出运行态,另一个任务/中断进入访问这个资源将会产生一些意想不到的问题。一些典型的例子如:

  1. 访问外设,比如写LCD
    1. 任务A执行写”I love you”到LCD
    2. 在写到”I ”之后,任务A被任务B抢占
    3. 任务B写”do not”到LCD
    4. 切换回任务A继续执行继续之前的上下文操作

LCD输出内容将会是:”I do not love you”

  1. 读、修改、写操作

这个操作是非原子的,因为它会先读、再改、再写,这些指令都是分开的、可被中断的,

  1. 对变量的非原子访问

比如在一个16位机器上,实现一个32位的变量的访问

  1. 函数可重入性

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被一组taskENTER_CRITICAL()与taskEXIT_CRITICAL()包围的代码区域称为临界段/临界区,调用taskENTER_CRITICAL()会关闭中断,直到taskEXIT_CRITICAL()调用才会将中断打开。所以在使用这个方法时,要尽量保证这一组宏之间的代码处理尽量短。

中断中的使用版本为taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()与taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(),这是需要传递参数做匹配的一组接口。

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可以通过挂起调度器来实现类似临界段的功能,但是因为只是挂起调度器,此时只能防止其他任务抢占处理器资源,中断依旧是可用的。当我们需要的临界段比较长,此时关闭中断不是一个明智的选择,我们可以挂起调度器,来让这个任务独占处理器的计算资源。使用vTaskSuspendAll()来防止进行上下文切换,使用xTaskResumeAll()来重启调度器。

DSP和标准外设库: 资源编号 : STSW-STM32065 资源名称 : STM32F4 DSP and standard peripherals library 文件名 : stm32_f105-07_f2_f4_usb-host-device_lib.zip 下载地址 : http://www.st.com/web/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF257901# USB库: 资源编号 : STSW-STM32046 资源名称 : STM32F105/7, STM32F2 and STM32F4 USB on-the-go Host and device library (UM1021) 文件名 : stm32_f105-07_f2_f4_usb-host-device_lib.zip 下载地址 : http://www.st.com/web/en/catalog/tools/PF257882 ETH以太网库: 资源编号 : STSW-STM32046 资源名称 : LwIP TCP/IP stack demonstration for STM32F4x7 microcontrollers (AN3966) 文件名 : stsw-stm32070.zip 下载地址 : http://www.st.com/web/catalog/tools/FM147/CL1794/SC961/SS1743/PF257906 【CMSIS】 Cortex微控制器软件接口程序(Cortex Microcontroller Software Interface Standard (CMSIS). ) 版本: V4.2 发布日期: 31. July 2014 【STM32F4xx_StdPeriph_Driver】 STM32F40x系列CPU标准外设驱动程序 版本: V1.5.0 发布日期: 06-March-2015 【STM32_USB_OTG_Driver】 STM32F105/7xx, STM32F2xx and STM32F4xx USB Device Library 版本: V2.1.0 发布日期: 2012-03-19 【STM32_USB_Device_Library】 STM32F105/7xx, STM32F2xx and STM32F4xx USB Device Library 版本: V1.1.0 发布日期: 2012-03-05 【STM32_USB_HOST_Library】 STM32F105/7xx, STM32F2xx and STM32F4xx USB Host Library 版本: V2.1.0 发布日期: 2012-03-19 【STM32F4x7_ETH_Driver】 STM32F4x7 Eth Library 版本: V1.1.0 发布日期: 31-July-2013 ********************************************************************************************************* * * 版 本 : V1.0 * 说 明 : 本实验主要实现FreeRTOS+STemWin+FatFS+USB Host综合 * 实验目的: * 1. 学习FreeRTOS+STemWin+FatFS+USB Host综合 * 2. 这里的USB Host主要实现U盘相关处理,支持U盘热插拔。 * 用户可以根据需要在usb_usr.c文件中的插入检测函数: * USBH_USR_Configuration_DescAvailable或者函数USBH_USR_Init函数加入插入标志 * 拔出检测函数: * USBH_USR_DeviceDisconnected * 实验内容: * 1. 按下按键K1可以通过串口打印任务执行情况(波特率115200,数据位8,奇偶校验位无,停止位1) * ================================================= * 任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号 * vTaskUserIF R 2 272 2 * vTaskGUI R 1 657 1 * IDLE R 0 113 6 * vTaskMsgPro B 4 1957 4 * vTaskLED B 3 483 3 * vTaskStart B 5 489 5 * * * 任务名 运行计数 使用率 * vTaskUserIF 5583 1% * vTaskGUI 10782 2% * IDLE 355589 91% * vTaskLED 0 <1% * vTaskMsgPro 16770 4% * vTaskStart 17 <1% * 串口软件建议使用SecureCRT(V6光盘里面有此软件)查看打印信息。 * 各个任务实现的功能如下: * vTaskGUI 任务: emWin任务 * vTaskTaskUserIF 任务: 接口消息处理 * vTaskLED 任务: LED闪烁 * vTaskMsgPro 任务: U盘中文件处理和浏览 * vTaskStart 任务: 启动任务,也就是最高优先级任务,这里实现按键扫描和触摸检测 * 2. 任务运行状态的定义如下,跟上面串口打印字母B, R, D, S对应: * #define tskBLOCKED_CHAR ( 'B' ) 阻塞 * #define tskREADY_CHAR ( 'R' ) 就绪 * #define tskDELETED_CHAR ( 'D' ) 删除 * #define tskSUSPENDED_CHAR ( 'S' ) 挂起 * 3. 本实验的USB Host主要是对U盘的操作,通过电脑端的串口软件SecureCRT软件, * 给板子发送相关命令实现操作,具体实现在demo_fatfs文件里面。 * printf("请选择操作命令:\r\n"); * printf("1 - 显示根目录下的文件列表\r\n"); * printf("2 - 创建一个新文件armfly.txt\r\n"); * printf("3 - 读armfly.txt文件的内容\r\n"); * printf("4 - 创建目录\r\n"); * printf("5 - 删除文件和目录\r\n"); * printf("6 - 读写文件速度测试\r\n"); * printf("7 - 挂载U盘\r\n"); * printf("8 - 卸载U盘\r\n"); * 注意事项: * 1. 本实验推荐使用串口软件SecureCRT,要不串口打印效果不整齐。此软件在 * V5开发板光盘里面有。 * 2. 务必将编辑器的缩进参数和TAB设置为4来阅读本文件,要不代码显示不整齐。 * * 修改记录 : * 版本号 日期 作者 说明 * V1.0 2016-03-15 Eric2013 1. ST固件库到V1.5.0版本 * 2. BSP驱动包V1.2 * 3. FreeRTOS版本V8.2.3 * 4. STemWin版本V5.28 * 5. FatFS版本V0.11a * * Copyright (C), 2016-2020, 安富莱电子 www.armfly.com * *********************************************************************************************************
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