如何在STM32F407ZGT6微控制器上使用定时器、中断和任务调度

在这次实验活动中，我学习了如何在STM32F407ZGT6微控制器上使用定时器、中断和任务调度。主要目标是理解中断的工作原理、多个任务如何在系统中运行，以及不同的调度方法对任务性能的影响。

首先，我配置了一个定时器中断，用于自动切换LED。接着，我又添加了另一个定时器，并创建了多个在不同时间间隔运行的任务。然后，我测量了TRelease、TLatency、TISR和TResponse等时序参数，以评估系统的性能。最后，我使用按钮触发事件，实现了一个事件驱动的系统，并将其行为与基于定时器的系统进行了比较。

第一部分：配置带中断的硬件定时器

使用STM32CubeMX创建了一个新的STM32项目。打开软件后，为STM32F407ZGT6微控制器创建了一个新项目。

在 STM32CubeMX 中搜索并选择了用于 RT-Spark 开发板的 STM32F407ZGT6 微控制器，以便将项目配置为正确的微控制器和硬件平台。之后，点击“开始项目”。

还选择了STM32CubeIDE工具链，以便能够打开、编辑、编译并上传生成的代码到STM32F407ZGT6微控制器。

机载LED被配置为GPIO输出，以便程序能够对其进行控制。PF11引脚被分配为LED_RED，而PF12引脚被分配为LED_BLUE。在STM32CubeMX中，这些引脚被设置为输出引脚，使微控制器能够在执行过程中开启或关闭LED。

TIM2定时器被设置为每1秒产生一次中断。通过调整定时器设置，使其输出1 Hz的信号，并将TIM2中断设置为最高优先级。配置完成后，生成了项目代码。

实施

第二部分：实现周期性LED切换的定时器中断服务程序

生成的项目在STM32CubeIDE中打开。随后通过导航至“Core” → “Src” → “main.c”，访问主函数文件，以便添加所需的代码。

在无限循环之前添加了代码 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2)，以启用中断并启动 TIM2。这样，定时器即可开始计数，并在达到设定的定时周期时自动产生中断。

已实现一个定时器回调函数来处理TIM2中断。每当定时器达到设定的时间后，回调函数将自动执行，并切换红色LED(PF11)，从而使LED每秒闪烁一次。

该活动已构建并上传至RT-Spark开发板。运行程序后，观察到红色LED每秒闪烁一次，确认定时器中断功能正常工作。

第三部分：创建多任务循环执行系统

第二个定时器TIM3被配置为生成另一个不同频率的周期性中断。该定时器设置为每0.5秒产生一次中断，并且其优先级低于TIM2。配置完成后，项目代码被重新生成以应用这些更改。

添加了全局变量，以帮助中断和主循环共享信息。变量 task_adc_ready 和 task_display_ready 用于指示任务何时可运行，而 tick_count 用于计数定时器事件。

回调函数已更新，TIM2 会切换红色 LED 并通知任务 A，而 TIM3 会切换蓝色 LED 并通知任务 B。这样可以让主循环知道每个任务何时可以运行。

主循环已更新，当任务标志被设置时便会执行任务。任务A模拟ADC处理过程，而任务B模拟显示刷新。

第四部分：测量与分析响应时间

调试引脚(PE0)被配置为GPIO输出，并标记为DEBUG_PIN。

使用 DEBUG_PIN 添加了时间标记。当中断或任务开始时，该引脚被设置为高电平;当任务结束时，被设置为低电平。

第五部分：实现事件触发调度

PA0按钮被设置为中断输入，这样当按钮被按下时，微控制器就能立即作出反应。设置完成后，项目代码被重新生成。

添加了一个外部中断回调函数来检测按钮按下。当PA0按钮被按下时，该函数会立即同时切换红色LED和蓝色LED。

测试按钮中断操作。

将项目上传到电路板进行测试，LED灯继续根据定时器中断闪烁。当按钮被按下时，两个LED灯立即状态改变，表明按钮中断功能正常工作。

分析

在此活动中，使用了基于定时器和事件触发的调度方式。在基于定时器的方法中，任务会在主循环检查其标志时运行，因此可能会产生一些等待时间。而在事件触发的方法中，当发生某个事件(例如按钮按下)时，任务会立即执行。

事件触发方式响应更快，而定时器方式则适用于需要定期执行的任务。

本文编译自hackster.io