【致敬嵌入式攻城狮第2期活动预热征文】【致敬未来的攻城狮计划】连续打卡第10天+使用实时操作系统RTOS

 开启攻城狮的成长之旅！这是我参与的由 CSDN博客专家 架构师李肯（http://yyds.recan-li.cn）和 瑞萨MCU （瑞萨电子 (Renesas Electronics Corporation) ） 联合发起的「 致敬未来的攻城狮计划 」的第 10 天，点击查看活动计划详情 （https://bbs.csdn.net/topics/613916237）！ 之前的操作都是写好程序接着就推送到板子上了。

这次我们尝试一下实时操作系统。

线程与队列

以下内容引用自瑞萨官方的用户手册

在我们实际深入进行此练习之前，需要定义将在本章和下一章中使用的一些术语，以确保我们能够达成共识。

线程

首先，需要定义术语“线程”。如果您更习惯于“任务”这个表达方式，只需把线程看作是一种任务。有些人甚至互换使用这两个短语。当使用实时操作系统 (RTOS) 时，单片机上运行的应用程序将拆分为几个较小的半独立代码块，每个代码块通常控制程序的一个方面。这些小片段称为线程。一个应用程序中可以存在多个线程，但是在任何给定时间都只能有一个线程处于活动状态，因为 RA 系列单片机是单核器件。每个线程都有自己的堆栈空间，如果需要安全的上下文，则可以将其置于 MCU 的安全侧。每个线程还分配有优先级（相对于应用程序中的其他线程），并且可以处于不同的状态，例如运行、就绪、阻塞或暂停。在 FreeRTOS™ 中，可以通过调用eTaskGetState()API 函数来查询线程的状态。线程间信号传输、同步或通信是通过信号量、队列、互斥、通知、直接任务通知或者流和消息缓冲区来实现的。

信号量

信号量是 RTOS 的资源，可用于传输事件和线程同步（以产生者－使用者方式）。使用信号量允许应用程序暂停线程，直到事件发生并发布信号量。如果没有 RTOS，就需要不断地轮询标志变量或创建代码来执行中断服务程序 (ISR) 中的某个操作，这会在相当长的一段时间内阻塞其他中断。使用信号量可快速退出 ISR 并 将操作推迟到相关线程。

FreeRTOS 提供计数信号量和二进制信号量。尽管二进制信号量由于仅采用两个值（0 和 1）而非常适合实现任务之间或中断与任务之间的同步，但是计数信号量的计数范围可涵盖 0 到用户在 FSP 配置器中创建信号量期间指定的最大计数。默认值为256，可支持设计人员执行更复杂的同步操作。

每个信号量都有两个相关的基本操作：xSemaphoreTake()（将使信号量递减 1）和xSemaphoreGive()（将使信号量递增 1）。这两个函数有两种形式：一种是可以从中断服务程序内部调用（xSemaphoreTakeFromISR() 和xSemaphoreGiveFromThread()）的形式，另一种则是上述可 以在线程的正常上下文中调用的形式。

队列

我们需要讨论的最后一个术语是队列，即使在本练习中不使用队列，下一章的练习中也会使用。报文队列是线程间通信的主要方法，它允许在任务之间或中断与任务之间发送消息。消息队列中可以有一条或多条消息。数据（也可以是指向更大缓冲区的指针）会复制到队列中，即，它存储的是消息本身而非引用。新消息通常置于队列的末尾，但也可以直接发送到开头。接收到的消息将从前面开始删除。

允许的消息大小可在设计时通过 FSP 配置器指定。默认项大小为 4 个字节，默认队列长度（表示队列中可存储的项数）为 20。所有项的大小必须相同。FreeRTOS 中的队列数没有限制；惟一的限制是系统中可用的存储空间。使用 xQueueSend() 函数将消息放入队列中，并通过xQueueReceive()从队列中读取消息。与信号量一样，函数有两种版本：一种可以从线程的上下文调用，另一种可以从 ISR 内部调用。

创建项目

正常创建项目，在这一页面时选择FreeRTOS

创建线程

添加驱动

为外部中断添加驱动程序

在“Properties”（属性）视图中更改新线程的属性：将“Symbol”（符号）重命名为 led_thread，将“Name”（名称）重命名为 LED Thread。其他属性保持默认值。在“LED Thread Stack” （LED 线程堆） 窗格中，单击“New Stack”（新线程）按钮图标，选择“Driver → Input → External IRQ Driver on r_icu”（驱动程序 → 输入 → r_icu 上的外部 IRQ 驱动程序）

配置驱动

修改通道Channel为 3，因为 S1 所连引脚连接到 IRQ03。

出于相同的原因，将名称更改 为 g_external_irq03 或您喜欢的任何名称。

为中断分配优先级 2，启动期间 FSP 将不会允许该中断。也可以选择任何其他优先级，但开始时最好选择优先级 2，因为即使在较大的系统中，也很少会遇到中断优先级冲突。请注意，优先级 3 是为系统时钟节拍定时器(systick) 保留的，因此不应被其他中断使用。

堆元素的灰色条表示此驱动程序是模块实例，只能由另一个 FSP 模块实例引用

添加信号量

来自瑞萨用户手册的指示

在“LED Thread Objects”（LED 线程对象）窗格中单击“New Object”（新对象）按钮。如果看到的不是此窗格，而是“HAL/Common Objects”（HAL/通用对象）窗格，则突出显示“Threads”（线 程）窗格中的“LED Thread”（LED 线程），随即将显示此窗格。

添加一个二进制信号量。

我们需要在按下按钮时通知 LED 线程。将信号量的“Symbol”（符号）属性更改为 g_s1_semaphore，并将“Memory Allocation”（存储器分配）保留为“Static”（静态）。

修改完成后的界面。

如果没有找到IRQ模式，只有输入输出模式，则需要在左上的Pin Configuration中选择RA2E1 CPK。

FSP 配置器中的最后一步是将 S1 连接的 I/O 引脚配置为 IRQ03 输入。为此，请激活配置器中的“Pins” （引脚）选项卡，展开“Ports → P0”（端口 → P0），然后选择 P004。在 CPK-RA2L1/RA2E1 评估板上， 这是 S1 连接的端口。在右侧的“Pin Configuration”（引脚配置）窗格中，为其指定符号名称 SW1 。

配置驱动

我们使用一个八位无符号整型来存储电平状态。

打开并启用连接到板上 S1 的 IRQ03。为此，请使用 IRQ FSP 驱动程序的打开和使能功能。 完成后，初始化即完成。

g_external_irq03.p_api->open (g_external_irq03.p_ctrl, g_external_irq03.p_cfg);

g_external_irq03.p_api->enable (g_external_irq03.p_ctrl);

在 while(1) 循环内部，需要添加一些语句并删除预写的 vTaskDelay(1); 语句。

在官方手册中，我们调用LED使用的是BSP提供的board_leds.h头文件，头文件内写好了LED结构体，并存储了各个主板的LED信息。而这次，目录中可能没有这个文件，因此我们需要用上一次中使用的新方法。

R_IOPORT_PinWrite (&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_05_PIN_01, led_level);

While(1) 循环中的最后一条语句是调用 xSemaphoreTake()，将信号量的地址和常量 portMAX_DELAY 作为参数。后一个参数将通知 RTOS 无限期地暂停线程，直到从 IRQ03 中断服务程序调 用的回调函数中释放信号量为止。

while (1)
{
    R_IOPORT_PinWrite (&g_ioport_ctrl, BSP_IO_PORT_05_PIN_01, led_level);
    if (led_level == BSP_IO_LEVEL_HIGH)
    {
        led_level = BSP_IO_LEVEL_LOW;
    }
    else
    {
        led_level = BSP_IO_LEVEL_HIGH;
    }
    xSemaphoreTake(g_s1_semaphore, portMAX_DELAY);
}

最后要执行的操作是添加回调函数本身。该函数应尽可能短，因为它将在中断服务程序的上下文中执行。 编写此函数十分简单：只需转到“Project Explorer”（项目资源管理器）中的“Developer Assistance → LED Thread → g_external_irq03 External IRQ Driver on r_icu”（开发人员帮助 → LED 线程 → r_icu 上的 g_external_irq03 外部 IRQ 驱动程序），然后将所出现列表末尾的回调函数定义拖放到源文件中。

void external_irq03_callback(external_irq_callback_args_t *p_args)

如上图，回调函数内添加了一些内容：

FSP_PARAMETER_NOT_USED(p_args);

xSemaphoreGiveFromISR(g_s1_semaphore, NULL);

第一行中的宏将告知编译器回调函数不使用参数 p_args，从而避免编译器发出警告，而第二行中的宏则在每次按下按钮 S1 时释放信号量。注意，必须使用 give 系列函数的中断保存版本，因为此函数调用发生在 ISR 的上下文内。此调用的第二个参数是 *pxHigherPriorityTaskWoken。如果可能有一个或多个任 务由于信号量发生阻塞并等待该信号量变为可用状态，并且其中一个任务的优先级高于发生中断时执行的任 务，则此参数将在调用 xSemaphoreGiveFromISR() 后变为 true。在这种情况下，应在退出中断之前执行 上下文切换。由于在我们的示例中，没有其他任务依赖于此信号量，因此可以将此参数设置为 NULL。

来自官方手册的完整代码

我目前编译存在一些问题，等我研究研究，再发一篇博客分享一下。

#include “led_thread.h” 

void led_thread_entry(void *pvParameters)
{
    FSP_PARAMETER_NOT_USED (pvParameters);
    extern bsp_leds_t g_bsp_leds;
    bsp_leds_t Leds = g_bsp_leds;

    uint8_t led_level = BSP_IO_LEVEL_HIGH;

    g_external_irq03.p_api->open (g_external_irq03.p_ctrl, g_external_irq03.p_cfg);
    g_external_irq03.p_api->enable (g_external_irq03.p_ctrl);
    while (1)
    {
        g_ioport.p_api->pinWrite (&g_ioport_ctrl, Leds.p_leds[BSP_LED_LED1], led_level);

        if (led_level == BSP_IO_LEVEL_HIGH)
        {
            led_level = BSP_IO_LEVEL_LOW;
        }
        else
        {
            led_level = BSP_IO_LEVEL_HIGH;
        }

        xSemaphoreTake (g_s1_semaphore, portMAX_DELAY);
    }
}
/* callback function for the SW1 push button; sets the semaphore */void external_irq03_callback(
        external_irq_callback_args_t *p_args)
{
    FSP_PARAMETER_NOT_USED (p_args);
    xSemaphoreGiveFromISR (g_s1_semaphore, NULL);
}