FreeRTOS例程3-串口中断接收不定长的数据与二值信号量的使用

1 基础知识点
1.1 串口中断种类
串口中断属于STM32本身的资源,不涉及到FreeRTOS,但可与FreeRTOS配合使用。

串口接收中断
中断标志为:USART_IT_RXNE,即rx none empty,串口只要接收到数据就触发中断,如果是接收一个字符串,则每接收到一个字符就触发一次中断。

串口空闲中断
中断标志为:USART_IT_IDLE,idle即空闲的意思,串口空闲时触发的中断,当然也不是说串口空闲时就一直触发中断,而实在每个连续的接收完成后,触发中断,如果是接收一个字符串,则接收完整个字符串后,触发一次中断。

所以,这两个中断可以配合使用,串口接收中断实时接收数据,接受完一串数据后,空闲中断被触发,就可以对接收的一串数据分析处理了。这种方式不需要知道每次字符串的具体长度,因而可以接收不定长的串口数据。

1.2 信号量
FreeRTOS中的信号量是一种任务间通信的方式,信号量包括:二值信号量、互斥信号量、计数信号量,本次只使用二值信号量。

二值信号量
二值信号量只有两种状态,可以先通俗的理解为它就是个标志,0或1。信号量用于任务间的同步,FreeRTOS是多任务系统,不同任务间可能需要某种同步关系,如串口中断接收完数据后,数据分析处理任务才能拿到数据进行分析,这就是一种同步。

信号量的基本操作有获取信号量和释放信号量,例如:数据分析处理任务需要处理串口数据时,可先尝试获取信号量,若获取不到,也就是信号量是0,则先进入阻塞等待,等待超时可先跳出,之后继续尝试获取信号量。串口空闲中断接受完一串数据后,可执行释放信号量操作,这时,数据分析处理任务就可以获取到信号量,进而可以处理串口数据了,实现了串口数据接收与数据处理的同步

接下来的程序思路如下:

FreeRTOS例程3-串口中断接收不定长的数据与二值信号量的使用

1.3 API函数
创建二值信号量xSemaphoreCreateBinary()
函数原型(tasks.c中):


SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void )

返回值:

  • SemaphoreHandle_t:创建成功的二值信号量句柄,失败返回NULL

释放信号量xSemaphoreGive()
函数原型(tasks.c中):


BaseType_t xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore )

参数:

  • xSemaphore:要释放的信号量句柄

返回值:

  • 释放成功返回pdPASS,失败返回errQUEUE_FULL

释放信号量(中断函数中)xSemaphoreGiveFromISR()


BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                                 BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken)

参数:

  • xSemaphore:同上

  • pxHigherPriorityTaskWoken:标记退出此函数后是否需要进行任务切换

返回值:

  • 同上

获取信号量xSemaphoreTake()
函数原型(tasks.c中):


BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                          TickType_t xBlockTime)

参数:

  • xSemaphore:要释放的信号量句柄

  • xBlockTime:阻塞时间

返回值:

  • 获取成功返回pdTRUE,失败返回pdFALSE

获取信号量(中断函数中)xSemaphoreTakeFromISR()


BaseType_t xSemaphoreTakeFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                                 BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken)

参数:

  • xSemaphore:同上

  • pxHigherPriorityTaskWoken:标记退出此函数后是否需要进行任务切换

返回值:

  • 同上

2 编程要点
2.1 串口中断与释放信号量
串口配置时记得开启两个中断。

//=======================================
//初始化IO 串口1
//bound:波特率
//=======================================
void uart_init(u32 bound)
{
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1时钟

    //串口1对应引脚复用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); //GPIOA9复用为USART1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); //GPIOA10复用为USART1

    //USART1端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; //GPIOA9与GPIOA10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA9,PA10

    //USART1 初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率设置
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1

    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);

#if EN_USART1_RX
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启相关中断
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);

    //Usart1 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//串口1中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=8;//抢占优先级8
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;       //子优先级0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器

#endif

}

中断服务函数的串口空闲中断,清除标志位只能通过先读SR寄存器,再读DR寄存器清除!

中断中使用信号量释放要使用ISR结尾的函数xSemaphoreGiveFromISR,否则程序就卡住了。


//=======================================
//串口1中断服务程序
//=======================================
void USART1_IRQHandler(void)                    
{
    uint8_t data;//接收数据暂存变量
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
    {
        data =USART_ReceiveData(USART1);            
        Recv[rx_cnt++]=data;//接收的数据存入接收数组

        USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
    }

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)//空闲中断
    {
        if(uartSemaphore!=NULL)
        {
            //释放二值信号量
            xSemaphoreGiveFromISR(uartSemaphore,&xHigherPriorityTaskWoken); //释放二值信号量
        }
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的话进行一次任务切换

        data = USART1->SR;//串口空闲中断的中断标志只能通过先读SR寄存器,再读DR寄存器清除!
        data = USART1->DR;
        //USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_IDLE);//这种方式无效

        //rx_cnt=0;
     }
}

2.2 获取信号量
编写一个任务来实现串口数据的获取,该任务不断尝试获取信号量,获取成功后,对数据进行处理。

获取信号量xSemaphoreTake,阻塞(等待时间)10ms,获取不到信号量则向下执行,每个任务都是一个死循环,马上又会进行信号量获取。


//打印任务函数
void print_task(void *pvParameters)
{
    int count=0;
    BaseType_t err = pdFALSE;

    int size=50;
    uint8_t buf[64];//最多只取前64个数据

    //清空本地接收数组
    memset(buf,0,size);

    while(1)
    {
        err=xSemaphoreTake(uartSemaphore,10);   //获取信号量
        if(err==pdTRUE)                         //获取信号量成功
        {  
            //printf("%s",Data);
            if(rx_cnt < size)//收到的数据长度在size范围内
            {
                //void *memcpy(void *str1, const void *str2, size_t n)  
                //从存储区 str2 复制 n 个字节到存储区 str1。
                memcpy(buf,Recv,rx_cnt);//有几个复制几个
                count=rx_cnt;
                //printf("%s\r\n", buf);
            }
            else//收到的数据长度太长了
            {
                memcpy(buf,Recv,size);//只复制size个
                count=size;
            }
            rx_cnt=0;
        }

        if(count>0)
        {
            count=0;
            printf("receive:%s",buf);

            //------------------------------------------------------------------------------
            //这里可以继续对buf进行分析和处理,比如根据buf的不同内容执行不同的小任务

        }
    }
}

2.3 一个小应用
结合之前文章介绍的字符串操作的相关知识:C语言字符串相关函数使用示例 strtok_r strstr strtok atoi,可以对“命令+参数”型的字符串数据进行处理。

//先判断指令名称
char *cmd;//表示命令
char *paras;//表示命令后的参数
cmd = strtok_r((char*)buf, " ", &paras);//这里有点小问题,不带参数的命令,后面需要一个空格

char *ret;
int i;
for (i = 0; i < N;i++)
{
    ret = strstr(struct_dostr1[i].name, cmd);
    if(ret!=NULL)
    {
//        printf("find cmd in funname[%d]\r\n", i);
        break;
    }
}
if(i==N)
{
    printf("can't find cmd in funname[]\r\n");
}
else
{               
    //是有效的指令,继续判断后续参数
    char* para[4]={0};//限定最多接收4个参数
    para[0] = strtok(paras, " ");
    int j= 1;
    while(paras != NULL)//这里有点小问题,不可以提前结束
    {
        para[j++] = strtok(NULL, " ");
        if(j==4)
            break;
    }

    //执行对应的函数
    struct_dostr1[i].fun(para);
}

最后的函数执行,是通过定义一个结构体,将字符命令与函数指针对应起来:

#define N 2
typedef struct struct_dostr
{
char name[32];
int (*fun)(char *argv[]);
}struct_dostr;

struct_dostr struct_dostr1[N]={
{"hello",hello},
{"led",  led},  
};

int hello(char* p[])
{
    printf("hello~~~~~~~~~~\r\n");
    return 0;
}

int led(char* p[])
{
    int p0,p1;
    p0=atoi(p[0]);
    p1=atoi(p[1]);

    printf("get led: %d, %d\r\n",p0,p1);
    return 0;
}

3 实验结果
通过串口发送hello或led 80 5,可以看到想要的处理结果:


receive:hello  
hello~~~~~~~~~~
receive:led 80 5
get led: 80, 5

完整工程代码已保存至GitHub:

https://github.com/xxpcb/FreeRTOS-STM32F407-examples

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转载自blog.51cto.com/15060517/2641135

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