Создание задач и управление ими в операционной системе реального времени FreeRTOS

Цель работы:

Научиться создавать и настраивать проект FreeRTOS в среде Eclipse.
Научиться создавать задачи и запускать ядро операционной системы.
Исследовать принципы распределения процессорного времени в операционных системах реального времени.
Изучить принципы управления задачами в операционной системе реального времени.

Предварительная подготовка к работе

Изучите принципиальную схему стенда LESO6 .
Изучите способы создания в среде Eclipse проекта с готовым makefile.
Изучите способы загрузки исполняемого кода в память программ учебного стенда LESO6.
По рекомендованной литературе изучите принципы действия операционных систем реального времени.
По рекомендованной литературе и справочным данным изучите синтаксис функций создания и управления задачами в операционной системе FreeRTOS.

Справочный материал

Используемые в лабораторной работе специальные функции FreeRTOS:

void vTaskStartScheduler( void );

Запуск ядра freeRTOS. После вызова ядро получает контроль над задачами. Запускается таймер временных квантов планировщика.

BaseType_t xTaskCreate(TaskFunction_t vTaskCode, "NAME", STACK_SIZE, &ucParameterToPass, tskIDLE_PRIORITY, xTaskHandle *pvCreatedTask );

Создать новую задачу. Новая задача будет добавлена в список задач, которые готовы к выполнению.

vTaskCode

– указатель на функцию, которая будет выступать в роле задачи (task).

"NAME"

– строка, имя задачи. Нужно только для отладки. Размер строки задается в файле конфигурации FreeRTOSConfig.h параметр configMAX_TASK_NAME_LEN.

STACK_SIZE

– размер стека для задачи. Для микроконтроллера семейства AVR измеряется в байтах. Минимальное значение стека задается определением configMINIMAL_STACK_SIZE в файле конфигурации.

&ucParameterToPass

– адрес параметра передаваемого функции.

tskIDLE_PRIORITY

– приоритет, с которым должна запуститься задача. Максимально возможный приоритет определяется в файле конфигурации FreeRTOSConfig.h configMAX_PRIORITIES.

*pvCreatedTask

– параметр используется для возврата хендла (идентификатора) созданной задачи.

Функция возвращает pdPASS (определен в файле projdef.h и равен 1), если задача была создано успешно. Тип возвращаемой переменной BaseType_t, определен в файле платформы portmacro.c и эквивалентен типу char.

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay );

Останавливает задачу на указанное число квантов времени – системных тиков (ticks). Реальное время, в течении которого задача остается заблокированной зависит от частоты тиков (определяется configTICK_RATE_HZ в файле конфигурации). Постоянные portTICK_PERIOD_MS (длительность кванта времени в мс) и configTICK_RATE_HZ могут быть использованы для расчета требуемого числа тиков. Например:

	vTaskDelay(500/portTICK_PERIOD_MS); 		// задержка 500 мс
	vTaskDelay(2*configTICK_RATE_HZ);		// задержка 2 с

Для того, чтобы можно было использовать функцию vTaskDelay(), в файле конфигурации определение INCLUDE_vTaskDelay должно быть установлено в единицу.

void vTaskSuspend( xTaskHandle pxTaskToSuspend );

Функция приостанавливает задачу. Приостановленная задача не будет выполняться процессором в не зависимости от ее приоритета. Для того, чтобы можно было использовать функцию, в файле конфигурации определение INCLUDE_vTaskSuspend должно быть установлено в единицу.

PxTaskToSuspend

– хендл (идентификатор) задачи, полученый при ее создании. Если в качестве pxTaskToSuspend будет указан NULL, то приостановлена будет текущая задача, то есть та, из которой вызвали функцию.

void vTaskResume( xTaskHandle pxTaskToResume );

Возобновляет работоспособность задачи, приостановленной с помощью функции pxTaskToSuspend(). Для того, чтобы можно было использовать функцию в файле конфигурации определение INCLUDE_vTaskSuspend должно быть установлено в единицу.

Задание к работе в лаборатории

1. Создайте проект. Скачайте и распакуйте архив с исходными кодами FreeRTOS и файлами проекта. В архиве содержится директория FreeRTOSV8.1.2 с исходниками операционной системы и директория lab1, где лежат файл с начальным исходным кодом lab1.c, файл конфигурации FreeRTOSConfig.h, файл gpio.h с макросами для работы с параллельными портами ввода вывода (использование не обязательное) и файл с правилами сборки – Makefile.

В среде Eclipse создаем новый проект, используя вариант проекта с готовым Makefile. В качестве make-файла выбираем файл из директории lab1. Выполните сборку проекта (Build Project), в случае ошибок исправьте их. Сохраните значение использованной памяти программ и данных.

2. Измените исходный код таким образом, чтобы время горения светодиода составляло 5 секунд.

Файл lab1.c содержит функцию vLed0_blink(), содержащую бесконечный цикл, в котором через определенный промежуток времени светодиод LED0 меняет свое значение на противоположное. Задержка выполнена в виде периодического вызова библиотечной функции _delay_ms(10) – задержка на 10 мс. Такая задержка выполняется пустыми циклами. В функции main() на основе vLed0_blink() создается задача (xTaskCreate()), после чего запускается ядро операционной системы (vTaskStartScheduler() ).

После трансляции проекта сохраните значение использованной памяти программ и данных. Загрузите полученный hex-файл в учебный стенд. С помощью секундомера измерьте интервал горения светодиода.

3. По аналогии с первой задачей создайте вторую – управления светодиодом LED1. Интервал смены состояния установите 1с. После трансляции проекта сохраните значение использованной памяти программ и данных.

Загрузите программу в учебный стенд. Измерьте время свечения LED0. Сделайте выводы.

4. Увеличьте приоритет первой задачи. Максимальный приоритет, который можно назначить задаче, определяется константой configMAX_PRIORITIES в файле конфигурации FreeRTOSConfig.h, и не может превышать (configMAX_PRIORITIES-1). Увеличьте configMAX_PRIORITIES до 3. Установите приоритет первой задачи 2. Загрузите программу в учебный стенд. Измерьте время свечения LED0. Сделайте выводы.

Если был изменен конфигурационный файл, требуется полностью пересобрать проект. Выполните последовательно Clean project и Build project.

5. Реализуйте задержку в задачах с помощью функции vTaskDelay(). Замените задержку, реализованную методом пустых циклов, задержкой с помощью специальной функции vTaskDelay(). Для того, чтобы можно было использовать функцию vTaskDelay(), в файле конфигурации FreeRTOSConfig.h установите значение определения INCLUDE_vTaskDelay в единицу.

После трансляции проекта сохраните значение использованной памяти программ и данных. Загрузите программу в учебный стенд, замерьте время свечения светодиода. Выполните для варианта: с разными приоритетами и с одинаковыми. Сделайте выводы.

6. Реализуйте отложенный запуск первой задачи. Для этого с помощью функции vTaskSuspend() остановите выполнение задачи "LED0" сразу же после создания. Используя отдельную переменную для подсчета итерации цикла во второй задаче, через некоторое время запустите первую задачу – функция vTaskResume(). Для того, чтобы можно было использовать функции vTaskResume() и vTaskSuspend(), в файле концигурации установите определение INCLUDE_vTaskSuspend в единицу. Загрузите программу в учебный стенд. Сделайте выводы.

7. Напишите программу, реализующую функционал согласно варианту:

Частота мигания светодиода периодично меняется. Максимальную, минимальную частоты и скорость изменения выбрать из соображения возможного визуального контроля.
Все светодиоды горят с разной яркостью.
Яркость одного светодиода периодично плавно изменяется от максимальной до минимальной.
Поочередно 5 миганий первым диодом, 5 – другим.
После запуска все светодиоды по очереди моргнули по 5 раз.
На усмотрение преподавателя скомбинировать функционал предыдущих пунктов.

Содержание отчета

Цель работы.
Текст программы и результат компиляции (используемая память, время компиляции) по каждому пункту работы. Для сокращения отчета повторяющиеся части не приводить.
Выводы по каждому пункту работы.

Контрольные вопросы

Объяснить разницу между кооперативной и вытесняющей многозадачностью.
Объяснить принцип действия планировщика задач.
В каких состояниях может находиться задача?
Что такое квант времени работы планировщика? Как настраивается?
Что такое приоритет задачи. В каких случаях и как влияет приоритет на ход программы?
Как создают и как удаляют задачи?
Объясните структуру проекта с использованием операционной системы FreeRTOS.
Что такое Makefile, какие настройки и настройки чего можно выполнить с его помощью?
Какие настройки выполняются в файле конфигурации FreeRTOSConfig.h
Для чего нужна функция vTaskDelay();

Приложение 1. Файлы проекта

Архив с исходными кодами FreeRTOS и файлами проекта.

Приложение 2

Содержимое файла FreeRTOSConfig.h

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H
 
// Нужно исключительно для индексации в Eclipse
#ifndef __AVR_ATmega128RFA1__
#define __AVR_ATmega128RFA1__
#endif
 
#include <avr/io.h>
 
/**
 \brief 1 -- вытесняющее ядро, 0 - кооперативное ядро.
 */
#define configUSE_PREEMPTION			1
/**
 \brief Использовать функцию idle hook во время бездействия системы.
 */
#define configUSE_IDLE_HOOK			0
/**
 \brief Использовать функцию tick hook во время срабатывания TICK таймера.
 */
#define configUSE_TICK_HOOK			0
/**
 \brief Частота CPU.
 */
#define configCPU_CLOCK_HZ			( 16000000L )
/**
 \brief Частота системного TICK таймера.
 */
#define configTICK_RATE_HZ			( ( TickType_t ) 1000 )
/**
 \brief Максимальный приоритет задачи.
 */
#define configMAX_PRIORITIES		( 2 )
/**
 \brief Минимальный размер стека для задачи.
 */
#define configMINIMAL_STACK_SIZE	( ( unsigned short ) 85 )
/**
 \brief Общий размер "кучи" -- память для выделения стеков.
 */
#define configTOTAL_HEAP_SIZE		( (size_t ) ( 1500 ) )
/**
 \brief Размер имени для задачи. Используется только для отладки.
 */
#define configMAX_TASK_NAME_LEN		( 8 )
/**
 \brief Использование трассировки.
 */
#define configUSE_TRACE_FACILITY		0
/**
 \brief Используем 16-битный счетчик тиков.
 */
#define configUSE_16_BIT_TICKS		1
 
/**
 \brief Определения для Сопрограмм (Co-routine). Не используем.
        1 -- будет.
 */
#define configUSE_CO_ROUTINES 		0
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 1 )
 
/**
 \brief 0 -- соответствующая функция не будет использована в проекте,
        1 -- будет.
 */
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet			0
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet			0
#define INCLUDE_vTaskDelete				0
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources			0
#define INCLUDE_vTaskSuspend				0
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil				0
#define INCLUDE_vTaskDelay				1
 
#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

Приложение 3

Содержимое файла lab1.c

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "gpio.h"
#include <util/delay.h>
 
/**
 \brief  Определения для светодиодов.
 */
#define  LED0    PORTF, 0, H
#define  LED1    PORTF, 1, H
#define  LED2    PORTF, 2, H
#define  LED3    PORTF, 3, H
 
void vLed0_blink( void *pvParametrs ) {
 
	uint16_t i;
	while(1)
	{
        tg(LED0);
        i = 500;
        while(i--) _delay_ms(10);
    }
}
 
int main()
{
	//! Инициализация портов для светодиодов.
	DDRF |= (1 << DDF0 | 1 << DDF1 | 1 << DDF2 | 1 << DDF3);
	PORTF = 0;
	xTaskCreate( vLed0_blink, 	//!< Указатель на исполняемую функцию.
		(char *) "LED0", 	//!< Имя задачи, необходимое для отладки FreeRTOS.
		configMINIMAL_STACK_SIZE,	//!< Размер стека задачи.
		NULL,				//!< Передаваемый параметр.
		2,				//!< Приоритет задачи.
		NULL );			//!< Дескриптор задачи.
 
//xTaskCreate(vLed1_blink, (char *) "LED1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
 
	vTaskStartScheduler();		//!< Запуск планировщика задач.
	return 0;
}

12 января 2015

Добавить комментарий

Сообщение об ошибке

Новости ЛЭСО

Контактные лица

Создание задач и управление ими в операционной системе реального времени FreeRTOS

Цель работы:

Предварительная подготовка к работе

Справочный материал

Задание к работе в лаборатории

Содержание отчета

Контрольные вопросы

Рекомендуемая литература

Приложение 1. Файлы проекта

Приложение 2

Приложение 3

Похожие статьи

Сообщение об ошибке

Вы здесь

Форма поиска

Новости ЛЭСО

Контактные лица

Создание задач и управление ими в операционной системе реального времени FreeRTOS

Цель работы:

Предварительная подготовка к работе

Справочный материал

Задание к работе в лаборатории

Содержание отчета

Контрольные вопросы

Рекомендуемая литература

Приложение 1. Файлы проекта

Приложение 2

Приложение 3

Похожие статьи