【Arduino FreeRTOS教程】在Arduino任务代码中使用队列

风筝

在前一篇文章中，我们介绍了如何在Arduino Uno中开发板中使用FreeRTOS操纵系统，并且创建了一个LED闪烁的任务。在本篇文章中，我们将更深入地研究RTOS API的高级概念，以及了解不同任务之间的通信方法。我们将介绍使用队列（Queue）将数据从一个任务传输到另一个任务，并通过将LCD和LDR与Arduino Uno连接来演示队列API的工作原理。

在讨论队列之前，让我们看一下另外一个FreeRTOS API，它有助于完成分配的工作后删除任务。有时需要删除任务以释放分配的内存。在前一篇文章中，我们将在同一代码中使用API函数vTaskDelete()删除其中一个任务。任务可以使用API函数vTaskDelete()删除自身或其他任务。

要使用此API，您必须配置FreeRTOSConfig.h文件。该文件用于根据应用程序定制FreeRTOS。它用于更改调度算法和许多其他参数。该文件可在Arduino目录中找到，该目录通常可在PC的Documents文件夹中找到。我这里该目录位于\Documents\Arduino\libraries\FreeRTOS\src中，如下所示。

现在，我们使用记事本编辑器打开此文件，并搜索#define INCLUDE_vTaskDelete并确保其值为“ 1”（1表示启用，0表示禁用）。

在接下来的教程中，我们将经常使用此配置文件来设置参数。

现在，让我们看看如何删除任务。

在FreeRTOS Arduino代码中删除任务

要删除任务，我们必须使用API函数vTaskDelete()。它仅需一个参数。

1. vTaskDelete( TaskHandle_t pxTaskToDelete );

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pxTaskToDelete：要删除的任务的句柄。它与xTaskCreate()函数的第六个参数相同。在前一篇文章中，此参数设置为NULL，但是您可以使用任何名称来传递任务内容的地址。假设您要为Task2设置任务句柄，可以如下声明：

1. TaskHandle_t any_name;
   
2. Example: TaskHandle_t xTask2Handle;

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现在，在vTaskCreate()中将第6个参数设置为

1. xTaskCreate(TaskBlink2 ,  "task2" ,  128  ,  NULL,  1  ,  &xTask2Handle );

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现在可以使用您提供的句柄访问此任务的内容。

同样，任务可以通过传递NULL代替有效任务句柄来删除自身。

如果要从任务3删除自身任务，则只需执行vTaskDelete(NULL);在Task3函数中，但是如果您要从任务2中删除任务3，请在task2函数中执行vTaskDelete(xTask3Handle);。

在以前的教程代码中，要从task2本身删除Task2，只需在void TaskBlink2(void *pvParameters)函数中添加vTaskDelete(NULL);。该函数如下所示：

1. void TaskBlink2(void *pvParameters)
   
2. {
   
3. Serial.println(“Task2 is running and about to delete”);
   
4. vTaskDelete(NULL);
   
5.   pinMode(7, OUTPUT);
   
6. while(1)
   
7.   {
   
8.     digitalWrite(7, HIGH);   
   
9.     vTaskDelay( 300 / portTICK_PERIOD_MS );
   
10.     digitalWrite(7, LOW);    ​
    
11.     vTaskDelay( 300 / portTICK_PERIOD_MS );
    
12.   }
    
13. }

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现在，上传代码并观察LED和串口监视器。您将看到第二个LED现在没有闪烁，并且在执行删除API后删除了task2。

因此，该API可用于停止执行特定任务。

现在，让我们开始介绍队列。

FreeRTOS中的队列是什么？

队列（Queue）是可以容纳有限数量的固定大小元素的数据结构，它以FIFO方案（先进先出）操作。队列提供了任务到任务、任务到中断以及中断到任务的通信机制。

队列可以容纳的最大元素数称为“长度”。创建队列时，将设置每个元素的长度和大小。

FreeRTOS文档中很好地说明了如何使用队列进行数据传输的示例，可在此处找到。您可以轻松理解给定的示例。

了解队列后，让我们尝试了解创建队列的过程，并尝试在我们的FreeRTOS代码中实现它。

在FreeRTOS中创建一个队列

首先，我们需要在LCD显示屏上打印显示LDR传感器的值。所以现在有两个任务

1.  Task1用于获取LDR的模拟值。

2.  Task2用于在LCD上打印模拟值。

因此，这里的队列起了作用，因为它将task1生成的数据发送到task2。在task1中，我们将模拟值发送到队列，在task2中，我们将从队列中接收它。

这里有三个相关的队列函数

1.  创建队列

2.  将数据发送到队列

3.  从队列接收数据

1.  创建队列

要创建队列，请使用API函数xQueueCreate()。它有两个参数。

1. xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, UBaseType_t uxItemSize );
   

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uxQueueLength：创建的队列可以一次容纳的最大条目数。

uxItemSize：可以存储在队列中的每个数据项的大小（以字节为单位）。

如果此函数返回NULL，则由于内存不足而不会创建该队列，并且如果它返回非NULL值，则表示队列已成功创建。将此返回值存储到变量中，以将其用作访问队列的句柄，如下所示。

1. QueueHandle_t queue1;
   
2. queue1 = xQueueCreate(4,sizeof(int));

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这将在堆内存中创建一个4个int大小（每个块2个字节）元素的队列，并将返回值存储到queue1处理变量。

2.  在FreeRTOS中将数据发送到队列

要将值发送到队列，FreeRTOS为此提供了2种API函数。

xQueueSendToBack()：用于将数据发送到队列的后部（尾部）。

xQueueSendToFront()：用于将数据发送到队列的前端（头）。

现在，xQueueSend()等效于xQueueSendToBack()，并与之完全相同。

所有这些API都有3个参数。

1. xQueueSendToBack( QueueHandle_t xQueue, const void * pvItemToQueue, TickType_t xTicksToWait );

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xQueue：将数据发送（写入）到的队列的句柄。此变量与用于存储xQueueCreate的返回值的变量相同。

pvItemToQueue：指向要复制到队列中的数据的指针。

xTicksToWait：任务应保持在“阻塞”状态以等待队列中的空间可用的最长时间。

如果在FreeRTOSConfig中将INCLUDE_vTaskSuspend设置为1，则将xTicksToWait设置为portMAX_DELAY将导致任务无限期等待（无超时）。否则，您可以使用宏pdMS_TO_TICKS()将以毫秒为单位的指定时间转换为以滴答为单位的时间。

3.  在FreeRTOS中从队列接收数据

要从队列中接收（读取）项目，请使用xQueueReceive()。接收到的项目会从从队列中删除。

此API也有三个参数：

1. xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue, void * const pvBuffer, TickType_t xTicksToWait );

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第一个和第三个参数与发送API相同。仅第二个参数不同。

const pvBuffer：指向将接收到的数据复制到的内存的指针。

希望您理解这三个API。现在，我们将在Arduino IDE中实现这些API，并尝试解决上述问题。

电路原理图

下面是使用面包板搭建的实物图：

在Arduino IDE中实现FreeRTOS队列

让我们开始为应用程序编写代码。

1.  首先，打开Arduino IDE，然后包含Arduino_FreeRTOS.h头文件。现在，如果使用了任何类似队列的内核对象，则需要包括这些头文件。由于我们使用的是1602 LCD，因此也要包含它的库。

1. #include <Arduino_FreeRTOS.h>
   
2. #include <queue.h>
   
3. #include <LiquidCrystal.h>

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2.  初始化队列句柄以存储队列的内容。另外，初始化LCD引脚号。

1. QueueHandle_t queue_1;
   
2. LiquidCrystal lcd(7, 8, 9, 10, 11, 12);

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3.  在void setup()中，以9600波特率初始化LCD和串口监视器。使用相应的API创建一个队列和两个任务。在这里，我们将创建一个大小为4的整数类型的队列。创建具有相同优先级的任务。最后，启动调度程序，如下所示。

1. void setup() {
   
2. Serial.begin(9600);
   
3. lcd.begin(16, 2);
   
4. queue_1 = xQueueCreate(4, sizeof(int));
   
5. if (queue_1 == NULL) {
   
6. Serial.println("Queue can not be created");
   
7. }
   
8. xTaskCreate(TaskDisplay, "Display_task", 128, NULL, 1, NULL);
   
9. xTaskCreate(TaskLDR, "LDR_task", 128, NULL, 1, NULL);
   
10. vTaskStartScheduler();
    
11. }

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4.  现在，创建两个函数TaskDisplay和TaskLDR。在TaskLDR函数中，将LDR连接到Arduino UNO的A0引脚，读取变量中的模拟引脚A0。现在，将变量中存储的值传递到xQueueSend API中来发送该值，使用vTaskDelay()在1秒后将任务变成阻塞状态，如下所示。

1. void TaskLDR(void * pvParameters) {
   
2. int current_intensity;
   
3. while(1) {
   
4. Serial.println("Task1");
   
5. current_intensity = analogRead(A0);
   
6. Serial.println(current_intensity);
   
7. xQueueSend(queue_1, ¤t_intensity, portMAX_DELAY);
   
8. vTaskDelay( 1000 / portTICK_PERIOD_MS );
   
9. }
   
10. }

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5.  同样，为TaskDisplay创建一个函数，并在传递给xQueueReceive函数的变量中接收值。另外，如果可以从队列成功接收数据，则xQueueReceive()返回pdPASS；如果队列为空，则返回errQUEUE_EMPTY。

现在，使用lcd.print()函数将值显示在LCD上。

1. void TaskDisplay(void * pvParameters) {
   
2. int intensity = 0;
   
3. while(1) {
   
4. Serial.println("Task2");
   
5. if (xQueueReceive(queue_1, &intensity, portMAX_DELAY) == pdPASS) {
   
6. lcd.clear();
   
7. lcd.setCursor(0, 0);
   
8. lcd.print("Intensity:");
   
9. lcd.setCursor(11, 0);
   
10. lcd.print(intensity);
    
11. }
    
12. }
    
13. }

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以上就是我们实现队列的代码部分。现在，根据电路图将LCD和LDR与Arduino UNO连接起来，上传代码。打开串口监视器并观察任务。您将看到任务在切换，LDR值根据光强度而变化。

注意：FreeRTOS内核不支持为不同传感器编写的大多数库，因为这些库中有延迟功能。延迟使CPU完全停止，因此，FreeRTOS内核也停止工作，并且代码将无法进一步执行，并且开始出现异常。因此，我们必须使这些无延迟的库与FreeRTOS一起使用。

代码

以下是本文使用的完整代码： main.rar (617 Bytes, 下载次数: 21)

2020-5-22 21:11 上传

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