FreeRTOS的软件定时器与事件标志组

目录

1.FreeRTOS软件定时器

1.1 什么是FreeRTOS软件定时器？

1.2 学习软件定时器的意义

1.3 软件定时器的简介

      1.3.1 软件定时器概述

       1.3.2 编写回调函数的注意事项

1.4 定时器服务/Daemon 任务

1.4.1 定时器服务任务与队列

1.4.2 定时器相关配置

configUSE_TIMERS

configTIMER_TASK_PRIORITY

 configTIMER_QUEUE_LENGTH

configTIMER_TASK_STACK_DEPTH

1.5 单次定时器和周期定时器

1.6 复位软件定时器

1、函数 xTimerReset()

2、函数xTimerResetFromISR()

 1.7 创建软件定时器

1、函数 xTiemrCreate()

实际操作例子:

2、函数 xTimerCreateStatic()

1.8 开启软件定时器

1、函数 xTimerStart()

实际操作例子:

2、函数xTimerStartFromISR()

1.9 停止软件定时器

1、函数 xTimerStop()

实际操作例子：

2、函数xTimerStopFromISR()

2. FreeRTOS事件标志组

2.1 什么是事件标志组？为什么要学习它？

 2.1.1 事件标志组简介

1、事件位(事件标志)

2、事件组

3、事件标志组和事件位的数据类型

2.2  创建事件标志组

1、函数 xEventGroupCreate()

函数的实际操作应用：

2、函数xEventGroupCreateStatic() 

2.3  设置事件位

1、函数xEventGroupClearBits()

2、函数xEventGroupClearBitsFromISR()

3、函数xEventGroupSetBits()

该函数的实际操作应用：

4 、函数xEventGroupSetBitsFromISR()

该函数的实际操作应用：

2.4 获取事件标志组值 

1、函数xEventGroupGetBits()

2、函数xEventGroupGetBitsFromISR()

2.5  等待指定的事件位

1.函数xEventGroupWaitBits（）

总结：

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1.FreeRTOS软件定时器

1.1 什么是FreeRTOS软件定时器？

       定时器可以说是每个 MCU 都有的外设，有的 MCU 其定时器功能异常强大，比如提供PWM、输入捕获等功能。但是最常用的还是定时器最基础的功能——定时，通过定时器来完成需要周期性处理的事务。MCU自带的定时器属于硬件定时器，不同的 MCU 其硬件定时器数量不同，因为要考虑成本的问题。FreeRTOS 也提供了定时器功能，不过是软件定时器，即通过软件定时来模拟定时器，软件定时器的精度肯定没有硬件定时器那么高，但是对于普通的精度要求不高的周期性处理的任务来说够了。

1.2 学习软件定时器的意义

       每一种MCU所拥有的定时器是有限的，例如STM32F103C8T6就只有4个定时器，如果做复杂的项目，是略显不足的，因此当MCU的硬件定时器不够的时候就可以考虑使用 FreeRTOS 的软件定时器，这也是我们学习它的意义。

1.3 软件定时器的简介

      1.3.1 软件定时器概述

       软件定时器允许设置一段时间，当设置的时间到达之后就执行指定的功能函数，被定时器调用的这个功能函数叫做定时器的回调函数。回调函数的两次执行间隔叫做定时器的定时周期， 简而言之，当定时器的定时周期到了以后就会执行回调函数。

       1.3.2 编写回调函数的注意事项

       软件定时器的回调函数是在定时器服务任务中执行的，所以一定不能在回调函数中调用任 何会 阻塞任务 的 API  函数！ 比 如 ， 定 时器 回调 函 数 中千 万 不 能调用 vTaskDelay() 、 vTaskDelayUnti()，还有一些访问队列或者信号量的非零阻塞时间的 API 函数也不能调用。

1.4 定时器服务/Daemon 任务

1.4.1 定时器服务任务与队列

         定时器是一个可选的、不属于 FreeRTOS 内核的功能，它是由定时器服务(或 Daemon)任务来提供的。FreeRTOS 提供了很多定时器有关的 API 函数，这些 API 函数大多都使用FreeRTOS的队列发送命令给定时器服务任务。这个队列叫做定时器命令队列。定时器命令队列是提供给 FreeRTOS 的软件定时器使用的，用户不能直接访问！下图描述了这个过程。

      图左侧部分属于用户应用程序的一部分，并且会在某个用户创建的用户任务中调用。图中右侧部分是定时器服务任务的任务函数，定时器命令队列将用户应用任务和定时器服务任务连接在一起。在这个例子中，应用程序调用了函数 xTimerReset()，结果就是复位命令会被发送到定时器命令队列中，定时器服务任务会处理这个命令。应用程序是通过函数xTimerReset() 间接的向定时器命令队列发送了复位命令，并不是直接调用类似 xQueueSend()这样的队列操作函数发送的。

1.4.2 定时器相关配置

     上一小节我们知道了软件定时器有一个定时器服务任务和定时器命令队列，这两个东西肯定是要配置的，配置方法和我们前面讲解的 FreeRTOSCofig.h 一样，而且相关的配置也是放到文件FreeRTOSConfig.h 中的，涉及到的配置如下：

configUSE_TIMERS

如果要使用软件定时器的话宏 configUSE_TIMERS 一定要设置为 1，当设置为 1 的话定时器服务任务就会在启动 FreeRTOS 调度器的时候自动创建。

configTIMER_TASK_PRIORITY

设置软件定时器服务任务的任务优先级，可以为 0~( configMAX_PRIORITIES-1)。优先级 一定要根据实际的应用要求来设置。如果定时器服务任务的优先级设置的高的话，定时器命令队列中的命令和定时器回调函数就会及时的得到处理

 configTIMER_QUEUE_LENGTH

 此宏用来设置定时器命令队列的队列长度

configTIMER_TASK_STACK_DEPTH

此宏用来设置定时器服务任务的任务堆栈大小，单位为字，不是字节！，对于 STM32 来说一个字是 4 字节。由于定时器服务任务中会执行定时器的回调函数，因此任务堆栈的大小一定要根据定时器的回调函数来设置。

1.5 单次定时器和周期定时器

       软件定时器分两种：单次定时器和周期定时器，单次定时器的话定时器回调函数就执行一次，比如定时 1s，当定时时间到了以后就会执行一次回调函数，然后定时器就会停止运行。对于单次定时器我们可以再次手动重新启动(调用相应的 API 函数即可)，但是单次定时器不能自动重启。相反的，周期定时器一旦启动以后就会在执行完回调函数以后自动的重新启动，这样回调函数就会周期性的执行。下图描述了单次定时器和周期定时器的不同：

图中 Timer1 为单次定时器，定时器周期为 100，Timer2 为周期定时器，定时器周期为 200。

1.6 复位软件定时器

有时候我们可能会在定时器正在运行的时候需要复位软件定时器，复位软件定时器的话会重新计算定时周期到达的时间点，这个新的时间点是相对于复位定时器的那个时刻计算的，并不是第一次启动软件定时器的那个时间点。下图演示了这个过程，Timer1 是单次定时器，定时周期是 5s：

        上图中我们展示了定时器复位过程，这是一个通过按键打开 LCD 背光的例子，我们假定当唤醒键被按下的时候应用程序打开 LCD 背光，当LCD 背光点亮以后如果5s 之内唤醒键没有再次按下就自动熄灭。如果在这 5s 之内唤醒键被按下了，LCD 背光就从按下的这个时刻起再亮 5s。

        FreeRTOS 提供了两个 API 函数来完成软件定时器的复位，如下表：

1、函数 xTimerReset()

复位一个软件定时器，此函数只能用在任务中，不能用于中断服务函数！此函数是一个宏， 真正执行的是函数 xTimerGenericCommand()，函数原型如下：

BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t    xTimer，

                                            TickType_t        xTicksToWait ）

返回值：

pdPASS:          软件定时器复位成功，其实就是命令发送成功。

pdFAIL:           软件定时器复位失败，命令发送失败。

2、函数xTimerResetFromISR()

此函数是 xTimerReset()的中断版本，此函数用于中断服务函数中！此函数是一个宏，真正 执行的是函数 xTimerGenericCommand()，函数原型如下：

BaseType_t xTimerResetFromISR( TimerHandle_t      xTimer,

                                                        BaseType_t *        pxHigherPriorityTaskWoken );     

参数：

xTimer：      要复位的软件定时器的句柄。

pxHigherPriorityTaskWoken ： 记退出此函数以后是否进行任务切换，这个变量的值函数会自

动设置的，用户不用进行设置，用户只需要提供一个变量来保 存这个值就行了。当此值为 pdTRUE 的时候在退出中断服务函 数之前一定要进行一次任务切换。

返回值：

pdPASS:          软件定时器复位成功，其实就是命令发送成功。

pdFAIL:           软件定时器复位失败，命令发送失败。

 1.7 创建软件定时器

使用软件定时器之前要先创建软件定时器，软件定时器创建函数如下表：

1、函数 xTiemrCreate()

此函数用于创建一个软件定时器，所需要的内存通过动态内存管理方法分配。新创建的软 件 定 时 器 处 于 休 眠 状 态 ， 也 就 是 未 运 行 的 ,和函数xTimerStart（）、xTimerReset（）、xTimerStartFromISR（）、xTimerResetISR（）、xTimerChangePeriod（）和xTimerChangePeriodFromISR（）可以使新创建的定时器进入活动状态，此函数的原型如下：

 TimerHandle_txTimerCreate( const char * const    pcTimerName,

                                                  TickType_t                xTimerPeriodInTicks,

                                               UBaseType_t             uxAutoReload,

                                                void *                          pvTimerID，

                                                TimerCallbackFunction_t    pxCallbackFunction )

uxAutoReload：        设置定时器模式，单次定时器还是周期定时器？当此参数为pdTRUE的时候表示创建的是周期定时器。如果为 pdFALSE  的话表示创建的是单次定时器。

pvTimerID ：          定时器 ID 号，一般情况下每个定时器都有一个回调函数，当定时器定时周期到了以后就会执行这个回调函数。但是 FreeRTOS 也支持多个 定时器共用同一个回调函数，在回调函数中根据定时器的 ID  号来处 理不同的定时器。

pxCallbackFunction：  定时器回调函数，当定时器定时周期到了以后就会调用这个函数。

返回值：

NULL:           软件定时器创建失败。

其他值:          创建成功的软件定时器句柄。

实际操作例子:

2、函数 xTimerCreateStatic()

此函数用于创建一个软件定时器，所需要的内存需要用户自行分配。新创建的软件定时器 处于休眠状态，也就是未运行的。函数 xTimerStart() 、xTimerReset() 、xTimerStartFromISR()、 xTimerResetFromISR() 、xTimerChangePeriod()和 xTimerChangePeriodFromISR()可以使新创建的 定时器进入活动状态，此函数的原型如下：

pxCallbackFunction：  定时器回调函数，当定时器定时周期到了以后就会调用这个函数。

pxTimerBuffer：       参数指向一个 StaticTimer_t 类型的变量，用来保存定时器结构体。

返回值：

NULL:           软件定时器创建失败。

其他值:          创建成功的软件定时器句柄。

1.8 开启软件定时器

如果软件定时器停止运行的话可以使用 FreeRTOS 提供的两个开启函数来重新启动软件定时器，这两个函数如下表：

1、函数 xTimerStart()

       启动软件定时器，函数 xTimerStartFromISR()是这个函数的中断版本，可以用在中断服务函数中。如果软件定时器没有运行的话调用函数 xTimerStart()就会计算定时器到期时间，如果软件定时器正在运行的话调用函数 xTimerStart()的结果和 xTimerReset()一样。此函数是个宏，真正执行的是函数 xTimerGenericCommand ，函数原型如下：

BaseType_t xTimerStart( TimerHandle_t           xTimer,

                                           TickType_t               xTicksToWait )

参数：

xTimer：      要开启的软件定时器的句柄。

xTicksToWait： 设置阻塞时间，调用函数 xTimerStart()开启软件定时器其实就是向定时器命令

队列发送一条 tmrCOMMAND_START 命令，既然是向队列发送消息，那肯 定会涉及到入队阻塞时间的设置。

返回值：

pdPASS:          软件定时器开启成功，其实就是命令发送成功。

pdFAIL:           软件定时器开启失败，命令发送失败。

实际操作例子:

2、函数xTimerStartFromISR()

此函数是函数 xTimerStart()的中断版本，用在中断服务函数中，此函数是一个宏，真正执行 的是函数 xTimerGenericCommand() ，此函数原型如下：

BaseType_t xTimerStartFromISR( TimerHandle_t       xTimer,

                                                         BaseType_t *      pxHigherPriorityTaskWoken );

返回值：

pdPASS:          软件定时器开启成功，其实就是命令发送成功。

pdFAIL:           软件定时器开启失败，命令发送失败。

1.9 停止软件定时器

既然有开启软件定时器的 API 函数，那么肯定也有停止软件定时器的函数，FreeRTOS也提供了两个用于停止软件定时器的 API 函数，如表 

1、函数 xTimerStop()

此函数用于停止一个软件定时器，此函数用于任务中，不能用在中断服务函数中！此函数是一个宏，真正调用的是函数 xTimerGenericCommand()，函数原型如下：

BaseType_t xTimerStop ( TimerHandle_t       xTimer,

                                         TickType_t             xTicksToWait ）

参数：

xTimer：      要停止的软件定时器的句柄。

xTicksToWait： 设置阻塞时间，调用函数 xTimerStop()停止软件定时器其实就是向定时器命令

队列发送一条 tmrCOMMAND_STOP 命令，既然是向队列发送消息，那肯定 会涉及到入队阻塞时间的设置。

返回值：

pdPASS:          软件定时器停止成功，其实就是命令发送成功。

pdFAIL:           软件定时器停止失败，命令发送失败。

实际操作例子：

2、函数xTimerStopFromISR()

此函数是 xTimerStop()的中断版本，此函数用于中断服务函数中！此函数是一个宏，真正执行的是函数 xTimerGenericCommand()，函数原型如下：

BaseType_t xTimerStopFromISR( TimerHandle_t    xTimer,

                                                        BaseType_t *      pxHigherPriorityTaskWoken );

返回值：

pdPASS:          软件定时器停止成功，其实就是命令发送成功。

pdFAIL:           软件定时器停止失败，命令发送失败。

2. FreeRTOS事件标志组

2.1 什么是事件标志组？为什么要学习它？

      我们学习了使用信号量来完成同步，但是使用信号量来同步的话任务只能与单个的事件或任务进行同步。有时候某个任务可能会需要与多个事件或任务进行同步，此时信号量就无能为力了。FreeRTOS为此提供了一个可选的解决方法，那就是事件标志组。

 2.1.1 事件标志组简介

1、事件位(事件标志)

事件位用来表明某个事件是否发生，事件位通常用作事件标志，比如下面的几个例子：

● 当收到一条消息并且把这条消息处理掉以后就可以将某个位(标志)置 1，当队列中没有消息需要处理的时候就可以将这个位(标志)置 0。

● 当把队列中的消息通过网络发送输出以后就可以将某个位(标志)置 1，当没有数据需要从网络发送出去的话就将这个位(标志)置 0。

● 现在需要向网络中发送一个心跳信息，将某个位(标志)置 1。现在不需要向网络中发送心跳信息，这个位(标志)置 0。

2、事件组

一个事件组就是一组的事件位，事件组中的事件位通过位编号来访问，同样，以上面列出的三个例子为例：

● 事件标志组的 bit0 表示队列中的消息是否处理掉。

● 事件标志组的 bit1 表示是否有消息需要从网络中发送出去。

● 事件标志组的 bit2 表示现在是否需要向网络发送心跳信息。

3、事件标志组和事件位的数据类型

事件标志组的数据类型为 EventGroupHandle_t ，当 configUSE_ 16_BIT_TICKS 为 1 的时候事件标志组可以存储 8 个事件位，当 configUSE_ 16_BIT_TICKS 为 0 的时候事件标志组存储24个事件位。事件标志组中的所有事件位都存储在一个无符号的 EventBits_t 类型的变量中，EventBits_t 在 event_groups.h 中有如下定义：

typedef   TickType_t     EventBits_t;

数据类型 TickType_t 在文件 portmacro.h 中有如下定义

#if( configUSE_ 16_BIT_TICKS == 1 )

typedefuint16_t TickType_t;

#define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffff #else

typedefuint32_t TickType_t;

#define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffffffffUL

#define portTICK_TYPE_IS_ATOMIC 1 #endif

可以看出当 configUSE_ 16_BIT_TICKS 为 0 的时候 TickType_t 是个 32 位的数据类型，因此EventBits_t 也是个 32 位的数据类型。EventBits_t 类型的变量可以存储 24 个事件位，另外的那高 8 位有其他用。事件位 0 存放在这个变量的 bit0 上，变量的 bit1就是事件位 1，以此类推。对于 STM32 来说一个事件标志组最多可以存储 24个事件位，如下图 

2.2  创建事件标志组

FreeRTOS 提供了两个用于创建事件标志组的函数，如下表：

1、函数 xEventGroupCreate()

此函数用于创建一个事件标志组，所需要的内存通过动态内存管理方法分配。由于内部处理的原 因 ， 事件标志组可用的bit数取决于configUSE_16_BIT_TICKS，当 configUSE_16_BIT_TICKS1   为 1的 时 候 事 件 标 志 组 有 8  个 可 用 的 位 (bit0~bit7) 当 configUSE_16_BIT_TICKS 为 0 的时候事件标志组有 24 个可用的位(bit0~bit23) 。EventBits_t 类 型的变量用来存储事件标志组中的各个事件位，函数原型如下：

EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void )

参数：

无。

返回值：

NULL:           事件标志组创建失败。

其他值:          创建成功的事件标志组句柄。

函数的实际操作应用：

2、函数xEventGroupCreateStatic() 

此函数用于创建一个事件标志组定时器，所需要的内存需要用户自行分配，此函数原型如下：

EventGroupHandle_t xEventGroupCreateStatic( StaticEventGroup_t *pxEventGroupBuffer ) 

参数：

pxEventGroupBuffer： 参数指向一个 StaticEventGroup_t 类型的变量，用来保存事件标志组结

构体。

返回值：

NULL:           事件标志组创建失败。

其他值:          创建成功的事件标志组句柄。

2.3  设置事件位

FreeRTOS 提供了 4 个函数用来设置事件标志组中事件位(标志)，事件位(标志)的设置包括 清零和置 1 两种操作，这 4 个函数如下表：

1、函数xEventGroupClearBits()

将事件标志组中的指定事件位清零，此函数只能用在任务中，不能用在中断服务函数中！中断服务函数有其他的 API 函数。函数原型如下：

EventBits_t xEventGroupClearBits( EventGroupHandle_t   xEventGroup,

                                                          const EventBits_t       uxBitsToClear );

参数：

xEventGroup ：  要操作的事件标志组的句柄。

uxBitsToClear：  要清零的事件位，比如要清除 bit3  的话就设置为 0X08。可以同时清除多个

bit，如设置为 0X09 的话就是同时清除 bit3 和 bit0。

返回值：

任何值：       将指定事件位清零之前的事件组值。

2、函数xEventGroupClearBitsFromISR()

此函数为函数 xEventGroupClearBits()的中断级版本，也是将指定的事件位(标志)清零。此 函数用在中断服务函数中，此函数原型如下：

BaseType_t xEventGroupClearBitsFromISR( EventGroupHandle_t   xEventGroup，

                                                                        const EventBits_t         uxBitsToSet ）；

参数：

xEventGroup ：  要操作的事件标志组的句柄。

uxBitsToClear：  要清零的事件位，比如要清除 bit3  的话就设置为 0X08。可以同时清除多个bit，如设置为 0X09 的话就是同时清除 bit3 和 bit0。

返回值：

pdPASS ：       事件位清零成功。

pdFALSE:             事件位清零失败

3、函数xEventGroupSetBits()

设置指定的事件位为 1，此函数只能用在任务中，不能用于中断服务函数，此函数原型如下：

EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t       xEventGroup，

                                                       const EventBits_t          uxBitsToSet );

返回值：

任何值：       在将指定事件位置 1 后的事件组值。

该函数的实际操作应用：

这里解释一下（1<<2）,是将1往左移两位的意思，在实际操作中就是将该24或8位的事件组中的第三位置1。

4 、函数xEventGroupSetBitsFromISR()

此函数也用于将指定的事件位置 1，此函数是 xEventGroupSetBits()的中断版本，用在中断 服务函数中，函数原型如下：

参数：

xEventGroup ：  要操作的事件标志组的句柄。

uxBitsToClear：  指定要置 1 的事件位，比如要将 bit3 值 1 的话就设置为 0X08。可以同时将多个 bit 置 1，如设置为 0X09 的话就是同时将 bit3 和 bit0 置 1。

pxHigherPriorityTaskWoken：标记退出此函数以后是否进行任务切换，这个变量的值函数会自动设置的，用户不用进行设置，用户只需要提供一个变量来保存 这个值就行了。当此值为pdTRUE的时候在退出中断服务函数之 前一定要进行一次任务切换。

返回值：

pdPASS ：       事件位置 1 成功。

pdFALSE:              事件位置 1 失败。

该函数的实际操作应用：

根据返回值进行判断是否进行任务切换，案例给出的判断是不等于pdFAIL，相当于不等于pdFALSE。

2.4 获取事件标志组值 

我们可以通过 FreeRTOS 提供的 API 函数来查询事件标准组值，FreeRTOS 一共提供了两个这样的 API 函数，如下表：

1、函数xEventGroupGetBits()

此函数用于获取当前事件标志组的值，也就是各个事件位的值。此函数用在任务中，不能用在中断服务函数中。此函数是个宏，真正执行的是函数 xEventGroupClearBits()，函数原型如下：

EventBits_t xEventGroupGetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup )

返回值：

任何值：当前事件标志组的值。

2、函数xEventGroupGetBitsFromISR()

获取当前事件标志组的值，此函数是 xEventGroupGetBits()的中断版本，函数原型如下：

EventBits_t xEventGroupGetBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup )

参数：

xEventGroup ：  要获取的事件标志组的句柄。

返回值：

任何值：        当前事件标志组的值。

2.5  等待指定的事件位

1.函数xEventGroupWaitBits（）

       某个任务可能需要与多个事件进行同步，那么这个任务就需要等待并判断多个事件位(标 志)，使用函数 xEventGroupWaitBits()可以完成这个功能。调用函数以后如果任务要等待的事件位还没有准备好(置 1 或清零)的话任务就会进入阻塞态，直到阻塞时间到达或者所等待的事件位准备好。函数原型如下：

该函数的实际操作应用：

总结：

          FreeRTOS的软件定时器和事件标志组，是使用RTOS（实时操作系统）有了更深入的了解，掌握他们的原理、函数参数、函数用法是这一节的要求，希望这一篇文章能帮助到大家，谢谢！