系列文章目录

FreeRTOS实时操作系统（一）RTOS的基本概念

FreeRTOS实时操作系统（二）任务创建与任务删除（HAL库）

FreeRTOS实时操作系统（三）任务挂起与恢复

FreeRTOS实时操作系统（四）中断任务管理

FreeRTOS实时操作系统（五）进入临界区、任务调度器挂起与恢复

FreeRTOS实时操作系统（六）列表与列表项

文章目录

系列文章目录
前言
时间片调度概念
滴答定时器
- 未带RTOS的HAL库
- 带RTOS的HAL库
时间片调度实验
- 改变时间片大小

前言

在学习正点原子的时间片调度的教程中，突然要改变滴答定时器的中断频率，而我之前对这方面没有一点点了解，所以需要详细补充一下这个知识点。

时间片调度概念

在第一片文章里面提到过时间片调度的概念，这里重复一下：
在这里插入图片描述

同等优先级任务轮流地享有相同的 CPU 时间(可设置)，叫时间片，在FreeRTOS中，一个时间片就等于SysTick 中断周期。

首先每个任务只执行一个时间片，不管任务里面的while循环运行了几次，时间到达之后就要切换到下一个任务。

时间片的大小取决于滴答定时器的中断频率。

像Task3这样被阻塞的任务（系统延时或等待信号等），将直接切换到下一个任务，时间片没执行到也不管，剩下的时间片直接丢掉了。

滴答定时器

像上面的就涉及到了滴答定时器的中断设置，影响了时间片的长度，之前学习HAL库或者蓝桥杯等等，最多是对1ms的滴答定时器利用，从没想过更改，如下图：
在这里插入图片描述
滴答定时器有四个寄存器：

CTRL	SysTick控制及状态寄存器
LOAD	SysTick重装载数值寄存器
VAL	SysTick当前数值寄存器
CALIB	SysTick校准数值寄存器

未带RTOS的HAL库

参考手册中说：RCC通过AHB时钟(HCLK)8分频后作为Cortex系统定时器(SysTick)的外部时钟。通过对SysTick控制与状态寄存器的设置，可选择上述时钟或Cortex(HCLK)时钟作为SysTick时钟。

在这里插入图片描述
也就是是说可以选择AHB时钟8分频或HCLK（内核）时钟。

网上介绍说：HAL库是无法配置这个1分频和8分频，生成的都是一样的，由下图所示，默认选择的是HCLK时钟。
至于解决方案：stm32cubemx配置systick滴答定时器有bug
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

我这里虽然灰了，但是我看了看条件，确实定义了__Vendor_SysTickConfig，同时它的值也是0，这里可能是编译器有问题吧。

带RTOS的HAL库

在生成的RTOS的HAL库代码中，与标准库有一些区别，在这里重新定义了这个函数。

在这里插入图片描述

HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
{
  RCC_ClkInitTypeDef    clkconfig;
  uint32_t              uwTimclock = 0;
  uint32_t              uwPrescalerValue = 0;
  uint32_t              pFLatency;
  /*Configure the TIM1 IRQ priority */
  HAL_NVIC_SetPriority(TIM1_UP_IRQn, TickPriority ,0);

  /* Enable the TIM1 global Interrupt */
  HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM1_UP_IRQn);

  /* Enable TIM1 clock */
  __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();

  /* Get clock configuration */
  HAL_RCC_GetClockConfig(&clkconfig, &pFLatency);

  /* Compute TIM1 clock */
  uwTimclock = HAL_RCC_GetPCLK2Freq();
  /* Compute the prescaler value to have TIM1 counter clock equal to 1MHz */
  uwPrescalerValue = (uint32_t) ((uwTimclock / 1000000U) - 1U);

  /* Initialize TIM1 */
  htim1.Instance = TIM1;

  /* Initialize TIMx peripheral as follow:
  + Period = [(TIM1CLK/1000) - 1]. to have a (1/1000) s time base.
  + Prescaler = (uwTimclock/1000000 - 1) to have a 1MHz counter clock.
  + ClockDivision = 0
  + Counter direction = Up
  */
  htim1.Init.Period = (1000000U / 1000U) - 1U;
  htim1.Init.Prescaler = uwPrescalerValue;
  htim1.Init.ClockDivision = 0;
  htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;

  if(HAL_TIM_Base_Init(&htim1) == HAL_OK)
  {
    /* Start the TIM time Base generation in interrupt mode */
    return HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
  }

  /* Return function status */
  return HAL_ERROR;
}

这是因为在HAL库中，我把TIM1定时器作为基础时钟源，TIM1就不能在作为其他用途。在STM32CubeMX中不能再对TIM1做任何设置。在NVIC中，TIM1的中断被自动启用，可以修改TIM1的中断优先级，但是不能关闭TIM1的中断。同时，SysTick定时器的中断也还是被自动启用的，且不能关闭，
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
所以在这里，我用TIM1替代了滴答定时器，完全代替了SysTick的功能。

原因是：在使用FreeRTOS时，必须为HAL设置一个非SysTick定时器作为HAL的基础时钟，SysTick将自动作为FreeRTOS的基础时钟。也是就强制滴答定时器作为FreeRTOS的心跳，关系到任务调度和时间片，但是我们之前了解过HAL_Delay，原来其内部实现靠的是滴答定时器，现在自然变成你设置的其他定时器提供了。为啥HAL和FreeRTOS不都使用一个SysTick，是因为内部会发生冲突
参考：FreeRTOS的基础时钟
参考：FreeRTOS的Systick和HAL时基

SysTick定时器:
文件port.c中的函数xPortStartScheduler()和vPortSetupTimerInterrupt()。函数xPortStartScheduler()中设置SysTick和PendSV中断的中断优先级，函数vPortSetupTimerInterrupt()设置SysTick的定时周期，
在这里插入图片描述
portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG、portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG等宏就是相关寄存器。更改这些能改变滴答定时器的时间。

综合上面这些程序代码，就可以分析出来，改变上图的宏定义就可以实现对时间片大小的调整。

时间片调度实验

设计目标：将设计三个任务：start_task、task1、task2，其中task1和task2优先级相同均为2。为了使现象明显，将滴答定时器的中断频率设置为50ms中断一次，即一个时间片50ms。

将宏configUSE_TIME_SLICING 和 configUSE_PREEMPTION 置1。
抢占式调度器宏：
在这里插入图片描述
时间片调度宏：

改变时间片大小

/* Configure SysTick to interrupt at the requested rate. */
portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT | portNVIC_SYSTICK_INT_BIT | portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );

现在详细介绍一下这个portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ：

configSYSTICK_CLOCK_HZ ：
在这里插入图片描述

一步一步追踪：configSYSTICK_CLOCK_HZ=16M；

configTICK_RATE_HZ=1000；
在这里插入图片描述
所以计算可得：portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG=16k-1；

在16M的时钟下，每16k次计数就中断一次，所以滴答定时器的中断时间就是1ms。
所以一般我们改变这个configTICK_RATE_HZ值就可以改变滴答定时器的时间。

要改成50ms的滴答定时器，就把这个configTICK_RATE_HZ值改为20即可。

之后就可以进行时间片调度的测试：

TaskHandle_t    task1_handler;

#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );

/* TASK2 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define TASK2_PRIO         2
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );

void vTaskCode( void * pvParameters )
 {	 
    taskENTER_CRITICAL();               /* 进入临界区 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,
                (char *                 )   "task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &task1_handler );
                
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,
                (char *                 )   "task2",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &task2_handler );
    vTaskDelete(NULL);
    taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出临界区 */
 }

 // Function that creates a task.
 void vOtherFunction( void )
 {
	xTaskCreate( vTaskCode, "tak1", 128, NULL, 1, &task1_handler );
	vTaskStartScheduler();
 }
 
void task1( void * pvParameters )
{
    uint32_t task1_num = 0;
    while(1)
    {
        taskENTER_CRITICAL();               /* 进入临界区 */
        printf("task1运行次数：%d\r\n",++task1_num);
        taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出临界区 */
        HAL_Delay(10);
    }
}

void task2( void * pvParameters )
{
    uint32_t task2_num = 0;
    while(1)
    {
        taskENTER_CRITICAL();               /* 进入临界区 */
        printf("task2运行次数：%d\r\n",++task2_num);
        taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出临界区 */
        HAL_Delay(10);
    }
}