STM32 HAL库 Freertos创建多任务
1. 引言STM32F407 是 ST 公司推出的一款高性能微控制器，具有丰富的外设资源和强盛的处理能力。HAL（Hardware Abstraction Layer）库是 ST 为其微控制器提供的硬件抽象层，它简化了硬件操作，提高了开发服从。FreeRTOS 是一个开源的及时操作系统，具有轻量级、可移植性强等特点，广泛应用于嵌入式系统开发中。本文将详细介绍如何基于 STM32F407 HAL 库和 FreeRTOS 创建多任务。
2. 开发环境搭建
在开始开发之前，必要搭建好相应的开发环境。以下是详细步骤：
2.1 安装开发工具
[*]STM32CubeMX：用于天生初始化代码和设置硬件。可以从 ST 官方网站下载并安装。
[*]Keil MDK：一款常用的 ARM 开发工具，支持 STM32 系列微控制器的开发。可以从 Keil 官方网站下载并安装。
2.2 安装 STM32F407 HAL 库
在 STM32CubeMX 中，通过 “Help” -> “Manage embedded software packages” 安装 STM32F4 系列的 HAL 库。
2.3 安装 FreeRTOS
在 STM32CubeMX 中，通过 “Middleware” -> “RTOS” 选择 FreeRTOS 进行安装。
3. 使用 STM32CubeMX 设置项目
打开 STM32CubeMX，创建一个新的项目，选择 STM32F407 芯片。以下是详细的设置步骤：
3.1 设置时钟
在 “RCC” 选项中，选择外部晶振作为时钟源，并设置系统时钟频率为 168MHz。
3.2 设置调试接口
在 “System Core” -> “SYS” 中，选择调试接口为 “Serial Wire”。
3.3 设置 FreeRTOS
在 “Middleware” -> “RTOS” 中，选择 FreeRTOS 的版本和内核选项。可以根据必要设置任务栈大小、优先级等参数。
3.4 天生代码
设置完成后，点击 “Project Manager”，选择天生代码的工具链为 “MDK-ARM”，然后点击 “Generate Code” 天生初始化代码。
4. 创建多任务
打开天生的 Keil 项目，在main.c文件中可以看到 FreeRTOS 的初始化代码。以下是创建多任务的详细步骤：
4.1 界说任务函数
在main.c文件中界说任务函数，每个任务函数都有一个特定的功能。例如，以下是两个简单的任务函数：
#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "cmsis_os.h"
// 任务句柄
osThreadId Task1Handle;
osThreadId Task2Handle;
// 任务1函数
void Task1(void const * argument)
{
for(;;)
{
// 任务1的具体操作
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);// 翻转LED引脚
osDelay(1000);// 延时1秒
}
}
// 任务2函数
void Task2(void const * argument)
{
for(;;)
{
// 任务2的具体操作
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"Task 2 is running!\r\n", 20, 100);// 发送串口信息
osDelay(2000);// 延时2秒
}
}
4.2 创建任务
在main.c文件的MX_FREERTOS_Init函数中创建任务。代码如下：
void MX_FREERTOS_Init(void) {
/* 创建任务 */
osThreadDef(Task1, Task1, osPriorityNormal, 0, 128);
Task1Handle = osThreadCreate(osThread(Task1), NULL);
osThreadDef(Task2, Task2, osPriorityNormal, 0, 128);
Task2Handle = osThreadCreate(osThread(Task2), NULL);
}
4.3 启动调度器
在main函数中启动 FreeRTOS 调度器。代码如下：
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_FREERTOS_Init();
/* 启动调度器 */
osKernelStart();
while (1)
{
// 主循环一般为空
}
} 下面是一个基于 STM32F407 HAL 库和 FreeRTOS 创建多任务的示例代码：
#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "cmsis_os.h"
// 任务句柄
osThreadId Task1Handle;
osThreadId Task2Handle;
// 任务1函数
void Task1(void const * argument)
{
for(;;)
{
// 任务1的具体操作
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);// 翻转LED引脚
osDelay(1000);// 延时1秒
}
}
// 任务2函数
void Task2(void const * argument)
{
for(;;)
{
// 任务2的具体操作
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"Task 2 is running!\r\n", 20, 100);// 发送串口信息
osDelay(2000);// 延时2秒
}
}
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_FREERTOS_Init(void);
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_FREERTOS_Init();
/* 启动调度器 */
osKernelStart();
while (1)
{
// 主循环一般为空
}
}
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
/** 初始化RCC振荡器
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** 初始化RCC时钟
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin : PA5 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 115200;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
static void MX_FREERTOS_Init(void)
{
/* 创建任务 */
osThreadDef(Task1, Task1, osPriorityNormal, 0, 128);
Task1Handle = osThreadCreate(osThread(Task1), NULL);
osThreadDef(Task2, Task2, osPriorityNormal, 0, 128);
Task2Handle = osThreadCreate(osThread(Task2), NULL);
}
void Error_Handler(void)
{
while(1)
{
}
} 代码解释
[*]任务函数：Task1和Task2是两个任务函数，在for(;;)无穷循环里实验各自的操作。Task1每隔 1 秒翻转一次 LED 引脚，Task2每隔 2 秒通过串口发送一条信息。
[*]任务创建：在MX_FREERTOS_Init函数中，借助osThreadDef宏界说任务，再用osThreadCreate函数创建任务。
[*]调度器启动：在main函数中调用osKernelStart函数启动 FreeRTOS 调度器。
任务调度机制剖析
FreeRTOS 支持两种重要的任务调度算法：抢占式调度和时间片轮转调度。
1. 抢占式调度
[*]原理：高优先级的任务可以或许抢占低优先级任务的实验。一旦高优先级任务停当（例如，等待的变乱发生），调度器会马上暂停当前低优先级任务的实验，转而实验高优先级任务。
[*]示例：若把Task1的优先级设为高，Task2的优先级设为低，当Task2正在实验时，Task1停当，调度器会暂停Task2，开始实验Task1，等Task1壅闭或者完成后，再恢复实验Task2。
2. 时间片轮转调度
[*]原理：针对相同优先级的任务，调度器接纳时间片轮转的方式让它们轮番实验。每个任务在规定的时间片内实验，时间片用完后，调度器会切换到下一个相同优先级的停当任务。
[*]示例：若Task1和Task2优先级相同，调度器会给每个任务分配一个时间片，好比 10ms。Task1实验 10ms 后，调度器切换到Task2实验 10ms，如此循环。
3. 调度器工作流程
[*]初始化：在启动调度器之前，要创建所有任务并将它们添加到停当列表中。
[*]选择任务：调度器会从停当列表里选择优先级最高的任务。若有多个相同优先级的任务，就接纳时间片轮转的方式选择。
[*]任务切换：当任务壅闭（例如，调用osDelay函数）或者被高优先级任务抢占时，调度器会保存当前任务的上下文（寄存器值等），然后恢复下一个要实验任务的上下文，实现任务切换。
通过以上的设置和机制，FreeRTOS 可以或许有用地管理多个任务的实验，包管系统的及时性和稳定性。
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