试验三：信号量应用

创建FreeRTOS任务中断和同步（信号量方式）

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。

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：

" c. J+ ?0 L# [; a: R

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：

在main.h中增加定义：

1. #define RXBUFFERSIZE 255

复制代码

在main.c中增加定义：

1. extern SemaphoreHandle_t xScanSemaphore;   //串口中断处理的任务
   " Q7 O6 _1 X7 K' L# ]! j* I9 J) C
2. 
   8 A5 R! B* s# I1 s0 z0 B, q+ k
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
   3 _/ i, p0 f! i4 o/ ?7 H$ d0 A* o
5. 
   
6. uint8_t Rx_BuffLen, Rx_InfoLen;
   
7. 
   & A% D3 ^+ L) b) E
8. void vStartLPUart1ScanTask(void const * argument);
   + {0 o* O) q- Y+ \7 I9 U9 F, n9 D
9. #define Uart_TASK_PRIORITY   ( tskIDLE_PRIORITY + 3UL )

复制代码

在main函数中，调整增加部分代码内容：

1. int main(void){
   
2.   HAL_Init();
   . V3 k. H" v- w" G5 a4 C
3.   SystemClock_Config();
   ! h% O$ \! Q" C
4. 
   
5.   MX_GPIO_Init();
   % F# n" f# ]' a7 O1 F
6.   MX_DMA_Init();
   
7.   MX_LPUART1_UART_Init();
   
8.   MX_USB_OTG_FS_PCD_Init();
   2 ]% u0 z- m0 M7 k) N
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);
    2 ^, c. c2 k* L- S
11. 
    ! c0 o: p; [& X+ A% V
12.   /*        开启下一次接收        */
    
13.   HAL_UART_Receive_DMA(&hlpuart1,(uint8_t*)ReceiveBuff,RXBUFFERSIZE);
    3 r# ?, A+ |0 l' k
14.   //创建信号量
    $ J$ w2 X4 T( m0 q: w' w6 h
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
    
19.                     200,                     //任务栈大小
    
20.                     NULL,                    //任务函数参数
    9 U2 U% m" Y  o
21.                     Uart_TASK_PRIORITY,      //任务执行等级
    
22.                     (TaskHandle_t *) NULL);  //任务句柄
    
23.    //启动任务
    
24.    vTaskStartScheduler();
    9 O+ f' @1 h8 I% z( @1 O) \! W! h0 w. l
25. }
    
26. 
    ( j8 N/ Y& i5 i; a
27. 
    ) S, Z0 m# P7 X5 [  _6 Q0 W

复制代码

- m9 X7 u; j6 Z) o; u# p( ]

创建串口中断任务内容

1. void vStartLPUart1ScanTask(void const * argument){
   
2.     uint8_t *strp,*strp1;
   & y0 [6 z: E3 I' j6 ~1 G4 c$ K
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
   - Q4 y* d) o( l; T1 N0 @) m
5.     xSemaphoreTake(xScanSemaphore, Scan_BLOCK);
   ) Q- ^; K# T4 V9 l- p/ f3 S
6.     for (;;) {
   
7.        //获取信号量，超时时间为portMAX_DELAY值
   - O, M2 e" A7 i( ?  y6 i5 P
8.        xSemaphoreTake(xScanSemaphore, portMAX_DELAY);
   2 x* F7 j: k* P- Q2 _4 ?
9.        /*        打印接收到的数据长度 */
   7 b7 J; j) j- f2 O
10.        printf("rx_len=%d:\n%s \n", Rx_InfoLen,ReceiveInfo);
    2 F" [5 I6 v! T
11. 
    
12.         //回答Hello
    
13.         strp=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"Hello");
    " C0 L2 W0 A& a: k
14.         if (NULL != strp){
    4 N; R, D9 y4 }( I( _- P3 a
15.             printf("\n Nice to meet you! \n");
    
16.         };
    
17. 
    # w; `# L: X+ E( Y
18.          //回答guten tag/ guten morgen/ guten abend / guten nacht
    
19.          strp=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"Guten");
    
20.          if (NULL != strp){
    0 x8 w& t: `, m6 ~; J' @
21.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"morgen");
    
22.             if (NULL != strp1){
    
23.                 printf("\n Guten Morgen ! \n");
    ; W& r5 Q" k! s
24.             }
    : n, h, p) T2 U4 v# K/ \3 Y
25.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"tag");
    
26.             if (NULL != strp1){
    3 V1 N, h% M3 q
27.                  printf("\n Guten Tag ! \n");
    
28.             }
    ! ~; M4 F' f9 `, I
29.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"abend");
    % C- q7 |0 B. D* @8 F
30.             if (NULL != strp1){
    
31.                  printf("\n Guten Abend ! \n");
    1 ?% n3 `* ]1 H1 O, p
32.             }
    
33.             strp1=strstr((char *)ReceiveInfo,(char *)"nacht");
    
34.             if (NULL != strp1){
    * {8 [" [% A1 I" `- J
35.                 printf("\n Guten Nacht ! \n");
    7 y3 O8 D( p: j' [. ?7 l
36.             }
    
37.        }
    
38.        /*        清空接收到的数据        */
    
39.        memset(ReceiveInfo, 0x00, Rx_InfoLen);
    " F/ H; T% o% g7 W& C( c8 C
40.        Rx_InfoLen=0;
    
41.        </font>

复制代码

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

% `% G! w) r+ {0 k- I

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;
   ; b3 T% A7 m' P! }! P0 p1 z* K+ h
2. extern uint8_t ReceiveInfo[RXBUFFERSIZE];
   0 d$ }/ ~& }; w7 j& E7 G+ H! w3 A
3. extern uint8_t  Rx_BuffLen, Rx_InfoLen;
   / j* j$ P/ m2 j# q; Z% J
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) {
   
2.     ………
   
3.     uint32_t temp;
   
4.     static BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
   
5.     HAL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);
   ; n  c' n$ M3 z' a
6. 
   4 z: |6 q# C1 O# |  m! z2 Q8 H" P
7.     /* 如果是串口1IDLE中断        */
   
8.     if (RESET != __HAL_UART_GET_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_IDLE)) {
   , J1 c1 N: B6 f3 g' T0 R3 b4 q# u
9.        /*        停止DMA接收        */
   
10.        HAL_UART_DMAStop(&hlpuart1);
    + M( k* H: c+ K
11. 
    ' V5 R8 A% {7 g% V* [, x
12.        /*        获取DMA当前还有多少未填充        */
    
13.        temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_lpuart_rx);
    . i+ u: C" V+ l+ |5 H' q* c: D: S6 D1 O
14. 
    5 y. R6 e/ `! `: [
15.        /*        清除中断标志        */
    
16.        __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&hlpuart1);
    ' U9 S# T7 i9 K1 M; l2 z( L
17. 
    
18.        /*        计算串口接收到的数据个数        */
    & G; N) W- q; t9 s  `/ }+ Q) Y! ]
19.        Rx_BuffLen = RXBUFFERSIZE - temp;
    
20.        Rx_InfoLen = Rx_BuffLen;
    3 I5 i( ~; _5 R' w3 @/ h4 I2 O
21.        memcpy(ReceiveInfo,ReceiveBuff,Rx_InfoLen);
    9 I: ^) S. V( e! g/ E3 M
22.        memset(ReceiveBuff, 0x00, Rx_BuffLen);
    - X$ s, c8 x. Z5 `& w) x, b* m& y
23.        /*        接收数据长度清零        */
    
24.        Rx_BuffLen = 0;
    
25.     }
      i9 `% z+ y$ ?5 R8 w( n
26. 
    
27.     if (utime_tick >= 200) {
    
28.         xSemaphoreGiveFromISR(xScanSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
    
29.         utime_tick = 0;
    
30.      }
    
31.      portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    ' K% r* e3 _% ^# m; k8 d. `
32.      …………
    
33. }
    
34. 
    ( n% B: A# [' y1 G+ U9 W

复制代码

0 B& E4 E" p/ o3 y0 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：

& d$ C/ G' N& Z( m2 B- D

/ O! c) \. y' K! j  D+ ?4 N3 t! c

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。

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；

7 y1 I' |5 R7 r

0 C* ?" y+ d' G. Q! Q9 u

《低功耗MCU运行FreeRTOS》培课程的准备内容(一)
《低功耗MCU运行FreeRTOS》培课程回顾(二)
《低功耗MCU运行FreeRTOS》培训课程(三) Atollic环境实验
《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
- [, I% R1 s+ C% W0 a9 e/ ^