第11章 FreeRTOS事件标志组

第十一章 FreeRTOS事件标志组

1. 事件标志组简介

事件标志组与信号量一样属于任务间同步的机制，但是信号量一般用于任务间的单事件同步，对于任务间的多事件同步，仅使用信号量就显得力不从心了。 FreeRTOS 提供的事件标志组可以很好的处理多事件情况下的任务同步。

  1. 事件标志

事件标志是一个用于指示事件是否发生的布尔值，一个事件标志只有 0 或 1 两种状态， FreeRTOS 将多个事件标志储存在一个变量类型为 EventBits_t 变量中， 这个变量就是事件组。

  1. 事件组

事件组是一组事件标志的集合，一个事件组就包含了一个 EventBites_t 数据类型的变量，变量类型 EventBits_t 的定义如下所示：

typedef TickType_t EventBits_t;
#if ( configUSE_16_BIT_TICKS == 1 )
typedef uint16_t TickType_t;
#else
typedef uint32_t TickType_t;
#endif
#define configUSE_16_BIT_TICKS 0

从上面可以看出， EventBits_t 实际上是一个 16 位或 32 位无符号的数据类型。当configUSE_16_BIT_TICKS 配置为 0 时， EventBits_t 是一个 32 位无符号的数据类型；当configUSE_16_BIT_TICKS 配置为 1 时， EventBits_t 是一个 16 为无符号的数据类型。在本套教程的所有配套例程中，都将配置项 configUSE_16_BIT_TICKS 配置为 0，因此本文就以EventBits_t 为 32 位无符号数据类型为例进行讲解，对于另外一种情况，也是大同小异的。

虽然说使用了 32 位无符号的数据类型变量来存储事件标志，但这并不意味着，一个EventBits_t 数据类型的变量能够存储 32 个事件标志， FreeRTOS 将这个 EventBits_t 数据类型的变量拆分成两部分，其中低 24 位[23:0] （configUSE_16_BIT_TICKS 配置位 1 时，是低 8 位[7:0]）用于存储事件标志，而高 8 位[31:24]（configUSE_16_BIT_TICKS 配置位 1 时，依然是高 8 位[15:8]） 用作存储事件标志组的一些控制信息，也就是说一个事件组最多可以存储 24 个事件标志。 EventBits_t 数据类型变量的位使用情况如下图所示：

从上图中可以看到，变量中低 24 位中的每一位都是一个事件标志，当某一位被置一时，就表示这一位对应的事件发生了。

2. 事件标志组相关函数

函数 描述
xEventGroupCreate() 使用动态方式创建事件标志组
xEventGroupCreateStatic() 使用静态方式创建事件标志组
vEventGroupDelete() 删除事件标志组
xEventGroupWaitBits() 等待事件标志位
xEventGroupSetBits() 设置事件标志位
xEventGroupSetBitsFromISR() 在中断中设置事件标志位
xEventGroupClearBits() 清零事件标志位
xEventGroupClearBitsFromISR() 在中断中清零事件标志位
xEventGroupGetBits() 获取事件组中各事件标志位的值
xEventGroupGetBitsFromISR() 在中断中获取事件组中各事件标志位的值
xEventGroupSync() 设置事件标志位，并等待事件标志位

2.1 创建事件标志组

  • xEventGroupCreate()

    • 描述： 动态方式创建事件标志组。事件标志组所需的内存从 FreeRTOS 堆中分配。创建时，所有事件标志位都被初始化为 0。
    • 函数原型： EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void );
    • 返回值： 如果事件标志组成功创建，则返回一个句柄（EventGroupHandle_t 类型）；否则返回 NULL。
    • 注意事项： 要使此函数可用，configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 需在 FreeRTOSConfig.h 中定义为 1。

  • xEventGroupCreateStatic()

    • 描述： 静态方式创建事件标志组。事件标志组所需的内存由用户在编译时或运行时提供。创建时，所有事件标志位都被初始化为 0。
    • 函数原型： EventGroupHandle_t xEventGroupCreateStatic( StaticEventGroup_t *pxEventGroupBuffer );
    • 参数： pxEventGroupBuffer - 指向用户提供的 StaticEventGroup_t 结构体变量的指针，该结构体将用作事件标志组的控制块。
    • 返回值： 如果事件标志组成功创建，则返回一个句柄；否则返回 NULL。
    • 注意事项： 要使此函数可用，configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 需在 FreeRTOSConfig.h 中定义为 1。用户需要自行管理 pxEventGroupBuffer 所指向的内存生命周期。

2.2 等待事件标志位

  • xEventGroupWaitBits()
    • 描述： 任务阻塞等待一个或多个事件标志位被设置。可以配置为等待所有指定位（逻辑 AND）或任意一个位（逻辑 OR）。还可以选择在成功接收后自动清除这些位。
    • 函数原型： EventBits_t xEventGroupWaitBits( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToWaitFor, const BaseType_t xClearOnExit, const BaseType_t xWaitForAllBits, TickType_t xTicksToWait );
    • 参数：
      • xEventGroup: 目标事件标志组的句柄。
      • uxBitsToWaitFor: 要等待的事件标志位的掩码（例如 (1 << 0) | (1 << 2)）。
      • xClearOnExit: 如果设置为 pdTRUE，当等待的位被满足后，它们会被自动清除；如果设置为 pdFALSE，则不会自动清除。
      • xWaitForAllBits: 如果设置为 pdTRUE，任务将等待所有 uxBitsToWaitFor 中的位都设置；如果设置为 pdFALSE，任务将等待 uxBitsToWaitFor 中任意一个位设置。
      • xTicksToWait: 如果事件标志位未被设置，任务愿意阻塞等待的节拍数。
    • 返回值： 调用函数时事件组中所有标志位的当前值。可以通过检查返回值来确定哪些位被设置。

2.3 设置事件标志位

  • xEventGroupSetBits()

    • 描述： 设置事件标志组中的一个或多个标志位。设置位可能会导致一个或多个等待该事件组的任务解除阻塞。
    • 函数原型： EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToSet );
    • 参数：
      • xEventGroup: 目标事件标志组的句柄。
      • uxBitsToSet: 要设置的事件标志位的掩码。
    • 返回值： 调用函数后事件组中所有标志位的当前值。

  • xEventGroupSetBitsFromISR()

    • 描述： 在中断中设置事件标志组中的一个或多个标志位。此函数不会阻塞。
    • 函数原型： BaseType_t xEventGroupSetBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToSet, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
    • 参数：
      • xEventGroup: 目标事件标志组的句柄。
      • uxBitsToSet: 要设置的事件标志位的掩码。
      • pxHigherPriorityTaskWoken: 指向 BaseType_t 变量的指针。如果调用此函数导致更高优先级的任务解除阻塞，则该变量将被设置为 pdTRUE。
    • 注意事项： 在 ISR 结束时，应检查 *pxHigherPriorityTaskWoken 的值。如果为 pdTRUE，则调用 portYIELD_FROM_ISR()。

2.4 清零事件标志位

  • xEventGroupClearBits()

    • 描述： 清零（设置为 0）事件标志组中的一个或多个标志位。
    • 函数原型： EventBits_t xEventGroupClearBits( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToClear );
    • 参数：
      • xEventGroup: 目标事件标志组的句柄。
      • uxBitsToClear: 要清零的事件标志位的掩码。
    • 返回值： 调用函数后事件组中所有标志位的当前值。

  • xEventGroupClearBitsFromISR()

    • 描述： 在中断中清零事件标志组中的一个或多个标志位。
    • 函数原型： BaseType_t xEventGroupClearBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToClear );
    • 参数：
      • xEventGroup: 目标事件标志组的句柄。
      • uxBitsToClear: 要清零的事件标志位的掩码。
    • 返回值： 总是返回 pdPASS。此函数不会导致任务切换，因此没有 pxHigherPriorityTaskWoken 参数。

2.5 获取事件标志位的值

  • xEventGroupGetBits()

    • 描述： 获取事件组中所有事件标志位的当前值。此函数不会阻塞。
    • 函数原型： EventBits_t xEventGroupGetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup );
    • 参数： xEventGroup - 目标事件标志组的句柄。
    • 返回值： 事件组中所有标志位的当前值。

  • xEventGroupGetBitsFromISR()

    • 描述： 在中断中获取事件组中所有事件标志位的当前值。
    • 函数原型： EventBits_t xEventGroupGetBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup );
    • 参数： xEventGroup - 目标事件标志组的句柄。
    • 返回值： 事件组中所有标志位的当前值。

2.6 同步任务：xEventGroupSync()

  • 描述： xEventGroupSync() 是一个同步原语，它结合了设置位和等待位的功能。一个或多个任务可以调用此函数来同步它们的执行。当所有参与的任务都设置了各自指定的位后，它们才会被解除阻塞。
    • 函数原型： EventBits_t xEventGroupSync( EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToSet, const EventBits_t uxBitsToWaitFor, TickType_t xTicksToWait );
    • 参数：
      • xEventGroup: 目标事件标志组的句柄。
      • uxBitsToSet: 调用任务要设置的标志位。
      • uxBitsToWaitFor: 要等待的所有任务共同设置的标志位。
      • xTicksToWait: 如果等待的位未被满足，任务愿意阻塞等待的节拍数。
    • 返回值： 成功返回 uxBitsToWaitFor 中所有位都被设置时的事件组值；超时则返回 0。
    • 注意事项： 这是一个非常强大的同步机制，可以用于任务屏障（Task Barrier）的实现。

2.7 删除事件标志组

  • vEventGroupDelete()
    • 描述： 删除一个事件标志组，并释放其占用的内存（如果它是动态创建的）。
    • 函数原型： void vEventGroupDelete( EventGroupHandle_t xEventGroup );
    • 参数： xEventGroup - 要删除的事件标志组句柄。
    • 注意事项： 只能删除动态创建的事件标志组。删除后，不应再使用该句柄。

3. 事件标志组测试

3.1 任务配置

/*----------------任务配置区-----------------*/
// START_TASK配置
#define START_TASK_PRIO 1           // 任务优先级 
#define START_STK_SIZE  128         // 任务堆栈大小 
TaskHandle_t StartTask_Handler;     // 任务句柄 
void start_task(void *pvParameters);// 任务函数 

// TASK1配置
#define TASK1_PRIO      2                   
#define TASK1_STK_SIZE  128                 
TaskHandle_t Task1Task_Handler;          
void task1(void *pvParameters);

// TASK2配置
#define TASK2_PRIO      4                   
#define TASK2_STK_SIZE  128                 
TaskHandle_t Task2Task_Handler;          
void task2(void *pvParameters);

// TASK3配置
#define TASK3_PRIO      3                   
#define TASK3_STK_SIZE  128                 
TaskHandle_t Task3Task_Handler;          
void task3(void *pvParameters);

EventGroupHandle_t Event_handle;
#define EVENT0_BIT (1 << 0)
#define EVENT1_BIT (1 << 1)
#define EVENTALL_BIT (EVENT0_BIT | EVENT1_BIT)
/*---------------------------------------------*/

3.2 任务实现

/*------------------任务实现区------------------*/
void freertos_demo(void)
{
    lcd_show_string(10, 47, 220, 24, 24, "Event Group", RED);
    lcd_draw_rectangle(5, 130, 234, 314, BLACK);     
    lcd_show_string(30, 110, 220, 16, 16, "Event Group Value: 0", BLUE);
    // 创建START_TASK任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t)start_task,        // 任务函数
                (const char*)"start_task",         // 任务名称
                (uint16_t)START_STK_SIZE,          // 任务堆栈大小
                (void*)NULL,                       // 传递给任务函数的参数
                (UBaseType_t)START_TASK_PRIO,      // 任务优先级
                (TaskHandle_t*)&StartTask_Handler);// 任务句柄
    // 开始任务调度
    vTaskStartScheduler();
}

// start_task函数实现
void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL(); // 进入临界区
    // 创建事件标志组
    Event_handle = xEventGroupCreate();
    // 创建TASK1任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t)task1,  
                (const char*)"task1",       
                (uint16_t)TASK1_STK_SIZE,   
                (void*)NULL,                
                (UBaseType_t)TASK1_PRIO,    
                (TaskHandle_t*)&Task1Task_Handler);
    // 创建TASK2任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t)task2,  
                (const char*)"task2",       
                (uint16_t)TASK2_STK_SIZE,   
                (void*)NULL,                
                (UBaseType_t)TASK2_PRIO,    
                (TaskHandle_t*)&Task2Task_Handler);
    // 创建TASK3任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t)task3,  
                (const char*)"task3",       
                (uint16_t)TASK3_STK_SIZE,   
                (void*)NULL,                
                (UBaseType_t)TASK3_PRIO,    
                (TaskHandle_t*)&Task3Task_Handler);
    vTaskDelete(StartTask_Handler); // 开始任务已经完成自己使命，删除自己
    taskEXIT_CRITICAL(); // 退出临界区
}

void task1(void *pvParameters)
{
    uint8_t key_value;
    while(1)
    {
        key_value = key_scan(0);
        switch(key_value)
        {
            case KEY0_PRES:
            {
                xEventGroupSetBits((EventGroupHandle_t)Event_handle, (EventBits_t)EVENT0_BIT);
                break;
            }
            case KEY1_PRES:
            {
                xEventGroupSetBits((EventGroupHandle_t)Event_handle, (EventBits_t)EVENT1_BIT);
                break;
            }
            default:break;
        }
        vTaskDelay(10);
    }
}

// task2函数实现
void task2(void *pvParameters)
{
    uint32_t task2_value;
    while(1)
    {
        xEventGroupWaitBits((EventGroupHandle_t)Event_handle,// 等待的事件标志组
                            (EventBits_t)EVENTALL_BIT,       // 等待的事件标志
                            (BaseType_t)pdTRUE,              // 函数退出时清零等待的事件
                            (BaseType_t)pdTRUE,              // 等待 等待事件中的所有事件
                            (TickType_t)portMAX_DELAY);      // 等待事件
        lcd_fill(6,131,233,313,lcd_discolor[++task2_value%11]);
        vTaskDelay(10);
    } 
}

// task3函数实现
void task3(void *pvParameters)
{
    EventBits_t event_value;
    while(1)
    {
        event_value = xEventGroupGetBits((EventGroupHandle_t)Event_handle);  /* 获取的事件标志组句柄 */
        lcd_show_xnum(132,110,event_value,1,16,0,BLUE);
        vTaskDelay(10);
    }
}

/*---------------------------------------------*/

3.3 主函数

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "mpu.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "malloc.h"
#include "freertos_demo.h"

int main(void)
{
    sys_cache_enable();                 /* 打开L1-Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz */
    delay_init(480);                    /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                 /* 串口初始化为115200 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    mpu_memory_protection();            /* 保护相关存储区域 */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    key_init();                         /* 初始化按键 */
    my_mem_init(SRAMIN);                /* 初始化内部内存池(AXI) */
    freertos_demo();                    /* 运行FreeRTOS例程 */
}
posted @ 2025-08-18 17:54  hazy1k  阅读(39)  评论(0)    收藏  举报