试验三：信号量应用

创建FreeRTOS任务中断和同步（信号量方式）

& M9 f+ i4 |* n" \& P/ @

其实可以这里可以延伸利用信号量来实现串口数据的不定长收发，定长收发使用

“HAL_UART_Receive_IT(&huart2,Rx_Buffer,RxBufferSize);”即可，而不定长的方法在论坛中有网友也举了详细的创建方法（可在论坛中搜索“不定长”），也有修改HAL_UART_Receive_IT 函数的方法实现。

  试验设想：这里是利用FreeRTOS信号量机制实现，主要结合不定长数据的接收，加上FreeRTOS信号量的控制，再通过串口数据接收任务中的消息解析操作，可实现简单的人机交互功能。

交互机制的选择：

  面对消息队列、事件标志组、 信号量等多种交互机制下，可以参考下表进行任务间的交互。

' \9 E  k, F% e3 U# v- d, ^

本实验选择互斥信号量来实现，相关的FreeRTOS 信号量 API 函数如下图：

使用CubeMX配置串口 DMA的内容略过（参考论坛的不定长DMA配置，FreeRTOS的配置见前篇），待工程建立好后，在代码中增加以下的内容：

. L, K& {- L3 ?8 f/ ]8 ^& a

在main.h中增加定义：

1. #define RXBUFFERSIZE 255

复制代码

, C7 f& }) [3 J8 J: v

在main.c中增加定义：

1. extern SemaphoreHandle_t xScanSemaphore;   //串口中断处理的任务
   3 O" o4 h9 f* N8 I+ _2 {
2. 
   
3. uint8_t ReceiveBuff[RXBUFFERSIZE] = { 0 }; //接收缓冲区
   
4. uint8_t ReceiveInfo[RXBUFFERSIZE]={ 0 };   //接收待识别字符数组
     e. i  d1 X2 G+ k6 I. \8 N
5. 
   
6. uint8_t Rx_BuffLen, Rx_InfoLen;
     [  z. D& E& U0 P% ^6 W
7. 
   4 M2 ^2 E! J, n- I4 @& |. V
8. void vStartLPUart1ScanTask(void const * argument);
   
9. #define Uart_TASK_PRIORITY   ( tskIDLE_PRIORITY + 3UL )

复制代码

; c* v5 e' |& |

在main函数中，调整增加部分代码内容：

1. int main(void){
   2 x" ?5 a& R. S! X9 T5 F! q
2.   HAL_Init();
   ( B4 \! w. Q  {2 G
3.   SystemClock_Config();
   8 x' G: ^# d; U: ~! ^$ i
4. 
   / J) a- i( p, {" H- T# C
5.   MX_GPIO_Init();
   + i& p3 ~( `/ N& t
6.   MX_DMA_Init();
   9 }- n; L- D' B5 I4 U
7.   MX_LPUART1_UART_Init();
   - C% E# ~6 m: m* ~6 M3 J% {! t( f
8.   MX_USB_OTG_FS_PCD_Init();
   
9. 
   
10.   MX_NVIC_Init();  //中断初始化中，增加空闲中断的捕获 __HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1, UART_IT_IDLE);
    
11. 
    
12.   /*        开启下一次接收        */
    - ?8 d4 s3 @- {* L/ Y
13.   HAL_UART_Receive_DMA(&hlpuart1,(uint8_t*)ReceiveBuff,RXBUFFERSIZE);
      d4 I* D2 N3 u7 e
14.   //创建信号量
    4 a! k; ?' z/ [! T* J4 `' |
15.   xScanSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
    
16.   //增加交互任务
    
17.   xTaskCreate((TaskFunction_t) vStartLPUart1ScanTask, //任务函数
    
18.                     "LPUart1S",              //任务名称
    1 v5 e9 \3 a2 e$ v  I* y1 Y
19.                     200,                     //任务栈大小
    # {: f# h! S- |+ @& |6 j
20.                     NULL,                    //任务函数参数
    8 g4 x" h! v+ j$ h9 X# c
21.                     Uart_TASK_PRIORITY,      //任务执行等级
    
22.                     (TaskHandle_t *) NULL);  //任务句柄
    
23.    //启动任务
    4 n; N, H% O1 S# u5 _
24.    vTaskStartScheduler();
    
25. }
    1 W5 I+ P' Y8 F4 r% b% m% R
26. 
    
27. 
    7 h$ \$ @5 q3 z3 {- R/ W$ x2 j, G9 c

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创建串口中断任务内容

1. void vStartLPUart1ScanTask(void const * argument){
   
2.     uint8_t *strp,*strp1;
   : r( f/ R* Z. p1 s
3.     configASSERT(xScanSemaphore);
   
4.     //获取信号量，等待时间为0，则xSemaphoreTake()在信号量无效时会立刻返回
   % S2 e3 ]1 r2 h9 @1 c
5.     xSemaphoreTake(xScanSemaphore, Scan_BLOCK);
   9 e0 K+ I9 V* ]$ |. E
6.     for (;;) {
   5 R+ @( B0 j) g( }- n8 j3 _1 [+ R
7.        //获取信号量，超时时间为portMAX_DELAY值
   
8.        xSemaphoreTake(xScanSemaphore, portMAX_DELAY);
   " u* y/ I1 ^. u3 W8 i1 L9 L7 T  Y4 P
9.        /*        打印接收到的数据长度 */
     T0 j, f1 W1 s7 R2 F; S' c2 M
10.        printf("rx_len=%d:\n%s \n", Rx_InfoLen,ReceiveInfo);
    2 x; A6 U3 h1 Q
11. 
    
12.         //回答Hello
    
13.         strp=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"Hello");
    
14.         if (NULL != strp){
    
15.             printf("\n Nice to meet you! \n");
    
16.         };
    
17. 
    
18.          //回答guten tag/ guten morgen/ guten abend / guten nacht
    
19.          strp=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"Guten");
    3 l7 ^  a) [6 s" B4 Q1 g1 V! Q9 Y
20.          if (NULL != strp){
    $ G1 C- w6 |; w! a- G; f0 B: s7 N- v
21.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"morgen");
    
22.             if (NULL != strp1){
    
23.                 printf("\n Guten Morgen ! \n");
    $ g/ ^5 P3 [* v
24.             }
    7 i! G8 |- b+ c1 Q0 M8 j
25.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"tag");
    
26.             if (NULL != strp1){
    - W) m, q6 |: |& j
27.                  printf("\n Guten Tag ! \n");
    / C& i1 B$ y9 @3 M3 E7 D) a8 L
28.             }
    9 A; @" r3 x9 \0 r3 F5 D$ ~/ w* ?
29.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"abend");
    1 J9 U: b  [" U1 F
30.             if (NULL != strp1){
    
31.                  printf("\n Guten Abend ! \n");
    - O- E/ |: y1 o5 i
32.             }
    ' }4 u& s' v, m% |9 K
33.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"nacht");
    
34.             if (NULL != strp1){
    , p$ e5 C6 r! j7 Y- O7 G3 g7 D8 ]
35.                 printf("\n Guten Nacht ! \n");
    $ `8 s  l$ y  L& P9 p
36.             }
    ; z5 G3 i* h* s# j  @" \; \/ s
37.        }
    
38.        /*        清空接收到的数据        */
    
39.        memset(ReceiveInfo, 0x00, Rx_InfoLen);
    
40.        Rx_InfoLen=0;
    $ c" n6 ^8 N% p$ P" X0 _/ \
41.        </font>

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严格意义上需要词法、语法分析器，这里就不多说，往深的说就就可以实现类似“micropython”的系统了。这里就不离FreeRTOS 信量太远

在stm32l4xx_it.c 文件中设置以下内容

1. <font face="新宋体" size="3">extern SemaphoreHandle_t xScanSemaphore;
   
2. extern uint8_t ReceiveInfo[RXBUFFERSIZE];
   
3. extern uint8_t  Rx_BuffLen, Rx_InfoLen;
   
4. 
   

复制代码

将CubeMX生成的LPUART1_IRQHandler(void)函数中增加以下内容：

1. void LPUART1_IRQHandler(void) {
   ' A/ j' H4 b  ~# T
2.     ………
   * D2 I) Z# A. k/ S( ^
3.     uint32_t temp;
   
4.     static BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
   % z# ]( r% @5 K/ h, \9 ^
5.     HAL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);
   / @+ U, a4 ~. i/ t' i
6. 
   
7.     /* 如果是串口1IDLE中断        */
   
8.     if (RESET != __HAL_UART_GET_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_IDLE)) {
   " d) U- m  i+ u& }+ v& `, u# f
9.        /*        停止DMA接收        */
   ) Z' z  v& b" T: @+ w0 \
10.        HAL_UART_DMAStop(&hlpuart1);
    
11. 
    ) w. w* x8 N7 ]' I; H& b) f0 `
12.        /*        获取DMA当前还有多少未填充        */
    
13.        temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_lpuart_rx);
    7 e$ i# U: L5 t$ h! q& D
14. 
    4 d% {* U: p" M+ h9 V
15.        /*        清除中断标志        */
    # P5 p. e* ^. R* N0 n, Z8 [' A
16.        __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&hlpuart1);
    
17. 
    + Z7 \% a$ J# s. b* Y% s6 n' L( L6 ^
18.        /*        计算串口接收到的数据个数        */
    
19.        Rx_BuffLen = RXBUFFERSIZE - temp;
    4 e7 @: \/ g8 j2 q
20.        Rx_InfoLen = Rx_BuffLen;
    
21.        memcpy(ReceiveInfo,ReceiveBuff,Rx_InfoLen);
    6 u( Q8 i) M; |3 q
22.        memset(ReceiveBuff, 0x00, Rx_BuffLen);
    % N* q  C* R' `( O2 B- l" N% z  L
23.        /*        接收数据长度清零        */
    7 @/ C- v  s. l, i9 u: q6 N
24.        Rx_BuffLen = 0;
    
25.     }
    
26. 
    7 q- X2 `$ @5 ?6 t: I1 D. T
27.     if (utime_tick >= 200) {
    
28.         xSemaphoreGiveFromISR(xScanSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
      q' a) x. X' o, k8 z
29.         utime_tick = 0;
    + d8 D; E+ `) q- V$ D( `" r
30.      }
    , x) g) }1 x& i9 l  ~) ^
31.      portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    : F  o& V$ G6 N; U4 Q4 U0 b( [
32.      …………
    
33. }
    
34. 
    * {9 w' x" U' R

复制代码

4 f* K8 Q2 q) W( i2 {* k2 j0 r2 B

编译项目，下载执行，打开串口工具，分别输入 Hello、Guten morgen、Gutentag、Guten abend、Guten nacht能从串口中得到开发板返回的以下内容：

* x. ]' Q% j5 s

没有严格的词法、语法分析， 就不能正确识别处理 “ Hello Guten tag" 之类的指令了，当然回复也是错误的。人机交互的内容就可参考状态机、模糊逻辑、人工智能等内容。

在增加这个信号量任务的时候，还可以将LED的任务、按键中断同时执行，通过控制LED的不同闪烁，同步返回不同的状态。

也可以配合音频文件、音频流等方式，发出标准的语音模式。可以将实验更加丰富、更加有趣。

" R, f' X1 T3 C" k

这样基本的基于FreeRTOS的信号量的人机交互就初步完成。

注意，创建多个任务时“FreeRTOSConfig.h”中#define configTOTAL_HEAP_SIZE 的值大小，太小了，某些任务不会被成功创建；

《低功耗MCU运行FreeRTOS》培课程的准备内容(一)
& ^/ E# N6 L; f  J# P8 w( K) G6 v& T《低功耗MCU运行FreeRTOS》培课程回顾(二)
0 L3 @# f* Y* I5 z% y, z* j《低功耗MCU运行FreeRTOS》培训课程(三) Atollic环境实验
) d. D  G" G9 @5 g( R. O2 r《低功耗MCU运行FreeRTOS》培训课程(四) 创建任务
《低功耗MCU运行FreeRTOS》培训课程(六)消息队列的使用
) b2 D  I7 V6 ?% t4 B  |
+ d+ c9 j5 |" J" R0 n