基于freeRTOS的多任务事件传输demo

之前分享了很多关于freeRTOS的知识，那么我们怎么在实战中去写代码呢？本篇文章重在对基于freeRTOS的架构代码的解析。整个功能如下图：

为什么要用freeRTOS

在实际项目中，如果程序等待一个超时事件，传统的无RTOS情况下，就只能在原地等待而不能执行其它任务，如果使用RTOS，则可以很方便的将当前任务阻塞在该事件下，然后自动去执行别的任务，这样可以高效的利用CPU了。

一般使用情况

我们在开发的时候，我总是在main函数看到以下的代码，这让我感觉不是很爽

int main()
{
  xTaskCreate( vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 1, NULL );
  xTaskCreate( vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 1, NULL );
  xTaskCreate( vTask3, "Task 3", 1000, NULL, 2, NULL );

  vTaskStartScheduler();

  while(1);
}

然后在每个task中，一般代码会这样写

void vTask1( void *pvParameters )
{
  volatile unsigned long ul;
  for( ;; )
  {
    xQueueSend( USART1_MSGQ, "task 1 !\n",portMAX_DELAY);
    for( ul = 0; ul < mainDELAY_LOOP_COUNT; ul++ );
  }
}

而任务之间的通信也是比较繁琐，总体来说，代码不易维护，增减一个任务的话要改的东西太多了。为此我特意设计一个框架，可以很方便的增减任务，同时任务之间通过事件队列来通信。

demo

任务创建函数的封装

我们首先定义两个任务，把所有任务信息封装在taskRecord里，并且申明如下：

#define TASK_NUM 2
//所有任务的信息
static TaskRecord taskRecord[TASK_NUM];

那么TaskRecord怎么安排呢，我们把所有的任务信息都放在结构体里。其中包括任务ID，任务任务函数taskFucn，任务名字，栈的大小stackDep，还有优先级prio，任务句柄taskHandle，任务队列queue。

typedef struct
{
 int16_t Id;
 TaskFunction_t taskFucn;
 const char *  name;
 configSTACK_DEPTH_TYPE stackDep;
 void *  parameters;
 UBaseType_t prio;
 TaskHandle_t taskHandle;
 QueueHandle_t  queue;
} TaskRecord;

把任务中的一些参数封装起来，放在结构体TaskInitPara，其中包括了任务函数taskFucn，任务名字，栈的大小stackDep，还有优先级prio。

typedef struct
{
  TaskFunction_t taskFucn;
  const char *  name;
  const configSTACK_DEPTH_TYPE stackDep;
  UBaseType_t prio;
} TaskInitPara;

我们做好了这些之后，就需要把结构体中的参数放到创建任务函数中，那么这个函数createTasks代码如下：

void createTasks(TaskRecord* taskRecord, const TaskInitPara* taskIniPara, int num){
 int i;
 for(i=0;i  taskRecord[i].Id = i;
  taskRecord[i].taskFucn = taskIniPara[i].taskFucn;
  taskRecord[i].name = taskIniPara[i].name;
  taskRecord[i].stackDep = taskIniPara[i].stackDep;
  taskRecord[i].parameters = &taskRecord[i];
  taskRecord[i].prio = taskIniPara[i].prio;
  
  xTaskCreate( taskRecord[i].taskFucn,
    taskRecord[i].name,
    taskRecord[i].stackDep,
    taskRecord[i].parameters,
    taskRecord[i].prio,
    &taskRecord[i].taskHandle );

  taskRecord[i].queue = xQueueCreate( 100, sizeof( Event ) );
 }
}

其中num为任务数量，先把任务信息放到初始化的taskRecord中，再把其中的信息创建任务。那么任务创建函数就做好了。

main函数

接着，在我们的main函数中，就不需要那么繁琐的一个一个的创建任务了，按照这个封装的main函数如下：

int main( void )
{
 createTasks(taskRecord,taskInitPara,TASK_NUM);
 /* Start the tasks and timer running. */
 vTaskStartScheduler();
}

任务间通信

首先我们想想，两个任务之间通信需要知道什么，task1想往task2的发送一些数据，那么需要知道task2的ID吧，需要把数据打包吧，task2需要知道是谁发的，那么task1本身的ID也需要知道吧。

按照这几个明确的东西，我们首先把任务事件ID枚举如下

typedef enum {
 eventID_1,
 eventID_2,
 eventID_3
}Event_ID;

然后把事件ID，发送者ID，以及要传输的结构或者数据打包封装在结构体Event中，代码如下：

typedef struct{
 Event_ID ID;
 int16_t src; //发送者ID
 void* pData; //传结构、数据
}Event;

接着，我们需要构造一个事件，把这些信息都放在这个事件中，代码如下：

void makeEvent(Event* pEvent,int16_t myId,Event_ID evtId, const void* pData){
 pEvent->ID = evtId;
 pEvent->src = myId;
 pEvent->pData = (void*) pData;
}

现在我们假设task2要往task1发送一系列数据，那么task任务中，我们需要做的事如下，获取task1中队列，看是否为空。

 QueueHandle_t task1Queue;
 int16_t myId = pMyTaskRecord->Id;
 task1Queue = getTaskQueue(getTaskId("task1"));

构造事件

 Event event;
 int* ptemp; //这里自定义一些数据
 makeEvent(&event,myId,eventID_1,(void*)ptemp);

然后把事件发送出去：

xQueueSendToBack( task1Queue, &event, 0);

对于task1来说，看队列中是否为空，如果有任务事件来，从队列中获取事件

 TaskRecord* pMyTaskRecord = (TaskRecord*)pPara;
 QueueHandle_t* evntQueue=pMyTaskRecord->queue;

当队列中确实有事件时，接收事件

BaseType_t status = xQueueReceive( *evntQueue, &event, portMAX_DELAY );
if( status == pdPASS )
{
  task1HandleEvent(event);
}
else
{
  printf( "Task1 could not receive from the queue.\r\n" );}

然后我们在task1HandleEvent处理接收到的事件，代码如下：

void task1HandleEvent(Event event){
 xil_printf( "Task1 is processing event...\r\n" );
 int* p;
 switch(event.ID){
 case eventID_1:
  p= (int*) event.pData;
  xil_printf("ID=%d From: %d data=%d\r\n",event.ID, event.src,p[7]);
  free(event.pData);
  break;
 case eventID_2:
  break;
 default:
  break;
 }
}

上面代码表示根据事件ID来判断接收的是哪个事件，再把事件ID，数据等等打印出来。

外部中断通信

如果不是任务间的通信，而是有外部中断触发，需要与某个任务进行信息交互，怎么办？例如有一个以太网任务，当外部网络需要发送一个数据包到这个网络任务的时候，那么就需要进行外部通信了。同样我们这样做，在以太网接收函数中，构造事件

 Event event;
 int* ptemp; //这里自定义一些数据
 makeEvent(&event,myId,IntrID_1,(void*)ptemp);//可以再自定一些事件ID如IntrID_1

然后再发送到这个事件到这个任务中，如下

测试

如上，我们构造一个事件，发送一些数据如下

 Event event;
 int* ptemp = malloc(sizeof(int)*10);
 memset(ptemp,0x77,sizeof(int)*10);
 makeEvent(&event,myId,eventID_1,(void*)ptemp);

我们看到结果如下

task1接到来自任务ID为0，事件1的数据。这里每个任务的等待时间也是可以设置的，设置方法如下：

/* 设置最大等待时间500ms */
const TickType_t xMaxBlockTime = pdMS_TO_TICKS(500); 
BaseType_t status = xQueueReceive( *evntQueue, &event, xMaxBlockTime );

如果等待时间为portMAX_DELAY或者0的话，说明某个任务一直处于激活状态，比如task2，当等待时间为portMAX_DELAY时候，则测试结果如下：

所以每个任务设置的时间，优先级，栈大小都是很重要的，具体的就需要在项目中调试了。

最后总结

本篇是属于代码实战篇，对于freeRTOS的具体讲解需要大家自己去领会，我这里是写了一个架构，帮助大家在项目中去更好的搭好架子，当我们有很多任务的时候，任务间又有很多交互通信的时候，就更需要理解这种架构了。

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