13、FreeRTOS 事件标志组

2024-05-12 04:28
文章标签 事件 13 freertos 标志

本文主要是介绍13、FreeRTOS 事件标志组，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 一、事件组(event group)的特性
    • 1.1 什么是事件标注组
    • 1.2 事件标注组的场景
    • 1.3 事件组的概念
    • 1.4 事件组的操作
  • 二、事件组API
    • 2.1 创建
    • 2.2 删除
    • 2.3 设置事件
    • 2.4 等待事件
    • 2.5 同步点

一、事件组(event group)的特性

1.1 什么是事件标注组

事件标志位：表明某个事件是否发生，联想：全局变量 flag。通常按位表示，每一个位表示一个事件（高8位 不算）

事件标志组是一组事件标志位的集合， 可以简单的理解事件标志组，就是一个整数。 事件标志组本质是一个 16 位或 32 位 无符号的数据类型 EventBits_t ，由 configUSE_16_BIT_TICKS 决定。 虽然使用了 32 位无符号的数据类型变量来存储事件标志， 但其中的高8位用作存储事件标志组的控制信息， 低 24 位用作存储事件标志 ，所以说一个事件组最多可以存储 24 个事件标志！

在这里插入图片描述

1.2 事件标注组的场景

学校组织秋游，组长在等待：

  • 张三：我到了
  • 李四：我到了
  • 王五：我到了
  • 组长说：好，大家都到齐了，出发！

秋游回来第二天就要提交一篇心得报告，组长在焦急等待：张三、李四、王五谁先写好就交谁的。

在这个日常生活场景中：

  • 出发：要等待这3个人都到齐，他们是"与"的关系 交

  • 报告：只需等待这3人中的任何一个，他们是"或"的关系

    在FreeRTOS中，可以使用事件组(event group)来解决这些问题。

1.3 事件组的概念

事件组可以简单地认为就是一个整数：

  • 每一位表示一个事件

  • 每一位事件的含义由程序员决定，比如：Bit0表示用来串口是否就绪，Bit1表示按键是否被按下

  • 这些位，值为1表示事件发生了，值为0表示事件没发生

  • 一个或多个任务、ISR都可以去写这些位；一个或多个任务、ISR都可以去读这些位

  • 可以等待某一位、某些位中的任意一个，也可以等待多位

    在这里插入图片描述

事件组用一个整数来表示，其中的高8位留给内核使用，只能用其他的位来表示事件。那么这个整数是 多少位的？

  • 如果configUSE_16_BIT_TICKS是1，那么这个整数就是16位的，低8位用来表示事件
  • 如果configUSE_16_BIT_TICKS是0，那么这个整数就是32位的，低24位用来表示事件
  • configUSE_16_BIT_TICKS是用来表示Tick Count的，怎么会影响事件组？这只是基于效率来考虑
    • 如果configUSE_16_BIT_TICKS是1，就表示该处理器使用16位更高效，所以事件组也使用16 位
    • 如果configUSE_16_BIT_TICKS是0，就表示该处理器使用32位更高效，所以事件组也使用32 位

1.4 事件组的操作

事件组和队列、信号量等不太一样，主要集中在2个地方：

  • 唤醒谁？

    • 队列、信号量：事件发生时，只会唤醒一个任务
    • 事件组：事件发生时，会唤醒所有符号条件的任务，简单地说它有"广播"的作用

  • 是否清除事件？

    • 队列、信号量：是消耗型的资源，队列的数据被读走就没了；信号量被获取后就减少了
    • 事件组：被唤醒的任务有两个选择，可以让事件保留不动，也可以清除事件

以上图为列，事件组的常规操作如下：

  • 先创建事件组

  • 任务C、D等待事件：

    • 等待什么事件？可以等待某一位、某些位中的任意一个，也可以等待多位。简单地说就 是"或"、"与"的关系。
    • 得到事件时，要不要清除？可选择清除、不清除。

  • 任务A、B产生事件：设置事件组里的某一位、某些位

二、事件组API

2.1 创建

使用事件组之前，要先创建，得到一个句柄；使用事件组时，要使用句柄来表明使用哪个事件组。 有两种创建方法：动态分配内存、静态分配内存。函数原型如下：

/* 创建一个事件组，返回它的句柄。
* 此函数内部会分配事件组结构体
* 返回值: 返回句柄，非NULL表示成功
*/
EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void );
/* 创建一个事件组，返回它的句柄。
* 此函数无需动态分配内存，所以需要先有一个StaticEventGroup_t结构体，并传入它的指针
* 返回值: 返回句柄，非NULL表示成功
*/
EventGroupHandle_t xEventGroupCreateStatic( StaticEventGroup_t *pxEventGroupBuffer );

2.2 删除

对于动态创建的事件组，不再需要它们时，可以删除它们以回收内存。 vEventGroupDelete可以用来删除事件组，函数原型如下：

/*
* xEventGroup: 事件组句柄，你要删除哪个事件组
*/
void vEventGroupDelete( EventGroupHandle_t xEventGroup )

2.3 设置事件

可以设置事件组的某个位、某些位，使用的函数有2个：

  • 在任务中使用 xEventGroupSetBits()
  • 在ISR中使用 xEventGroupSetBitsFromISR()

有一个或多个任务在等待事件，如果这些事件符合这些任务的期望，那么任务还会被唤醒。

函数原型如下：

/* 设置事件组中的位
* xEventGroup: 哪个事件组
* uxBitsToSet: 设置哪些位?
* 如果uxBitsToSet的bitX, bitY为1, 那么事件组中的bitX, bitY被设置为1
* 可以用来设置多个位，比如 0x15 就表示设置bit4, bit2, bit0
* 返回值: 返回原来的事件值(没什么意义, 因为很可能已经被其他任务修改了)
*/
EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup,const EventBits_t uxBitsToSet );
/* 设置事件组中的位
* xEventGroup: 哪个事件组
* uxBitsToSet: 设置哪些位?
* 如果uxBitsToSet的bitX, bitY为1, 那么事件组中的bitX, bitY被设置为1
* 可以用来设置多个位，比如 0x15 就表示设置bit4, bit2, bit0
* pxHigherPriorityTaskWoken: 有没有导致更高优先级的任务进入就绪态? pdTRUE-有,
pdFALSE-没有
* 返回值: pdPASS-成功, pdFALSE-失败
*/
BaseType_t xEventGroupSetBitsFromISR( EventGroupHandle_t xEventGroup,const EventBits_t uxBitsToSet,BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken );

值得注意的是，ISR中的函数，比如队列函数 xQueueSendToBackFromISR 、信号量函数 xSemaphoreGiveFromISR ，它们会唤醒某个任务，最多只会唤醒1个任务。

但是设置事件组时，有可能导致多个任务被唤醒，这会带来很大的不确定性。所以 xEventGroupSetBitsFromISR 函数不是直接去设置事件组，而是给一个FreeRTOS后台任务 (daemon task) 发送队列数据，由这个任务来设置事件组。

如果后台任务的优先级比当前被中断的任务优先级高， xEventGroupSetBitsFromISR 会设置 *pxHigherPriorityTaskWoken 为pdTRUE。 如果daemon task成功地把队列数据发送给了后台任务，那么 xEventGroupSetBitsFromISR 的返回值 就是pdPASS。

2.4 等待事件

使用xEventGroupWaitBits来等待事件，可以等待某一位、某些位中的任意一个，也可以等待多位； 等到期望的事件后，还可以清除某些位。

函数原型如下：

EventBits_t xEventGroupWaitBits( EventGroupHandle_t xEventGroup,const EventBits_t uxBitsToWaitFor,const BaseType_t xClearOnExit,const BaseType_t xWaitForAllBits,TickType_t xTicksToWait );

先引入一个概念：unblock condition。一个任务在等待事件发生时，它处于阻塞状态；当期望的时间 发生时，这个状态就叫"unblock condition"，非阻塞条件，或称为"非阻塞条件成立"；当"非阻塞条件成 立"后，该任务就可以变为就绪态。

函数参数说明列表如下：

参数说明
xEventGroup等待哪个事件组？
uxBitsToWaitFor等待哪些位？哪些位要被测试？
xWaitForAllBits怎么测试？是"AND"还是"OR"？
pdTRUE: 等待的位，全部为1;
pdFALSE: 等待的位，某一个为1即可
xClearOnExit函数提出前是否要清除事件？
pdTRUE: 清除uxBitsToWaitFor指定的位
pdFALSE: 不清除
xTicksToWait如果期待的事件未发生，阻塞多久。
可以设置为0：判断后即刻返回；
可设置为portMAX_DELAY：一定等到成功才返回；
可以设置为期望的Tick Count，一般用 pdMS_TO_TICKS() 把ms转换为Tick Count
返回值返回的是事件值，
如果期待的事件发生了，返回的是"非阻塞条件成立"时的事件值；
如果是超时退出，返回的是超时时刻的事件值。

举例如下：

事件组的值uxBitsToWaitForxWaitForAllBits说明
01000101pdTRUE任务期望bit0,bit2都为1，
当前值只有bit2满足，任务进入阻塞 态；
当事件组中bit0,bit2都为1时退出阻 塞态
01000110pdFALSE任务期望bit0,bit2某一个为1，
当前值满足，所以任务成功退出
01000110pdTRUE任务期望bit1,bit2都为1，
当前值不满足，任务进入阻塞态；
当事件组中bit1,bit2都为1时退出阻 塞态

你可以使用 xEventGroupWaitBits() 等待期望的事件，它发生之后再使用xEventGroupClearBits() 来清除。但是这两个函数之间，有可能被其他任务或中断抢占，它们可能会修改事件组。 可以使用设置 xClearOnExit 为pdTRUE，使得对事件组的测试、清零都在 xEventGroupWaitBits() 函数内部完成，这是一个原子操作

2.5 同步点

有一个事情需要多个任务协同，比如：

  • 任务A：炒菜
  • 任务B：买酒
  • 任务C：摆台
  • A、B、C做好自己的事后，还要等别人做完；大家一起做完，才可开饭

使用 xEventGroupSync() 函数可以同步多个任务：

  • 可以设置某位、某些位，表示自己做了什么事
  • 可以等待某位、某些位，表示要等等其他任务
  • 期望的时间发生后，xEventGroupSync()才会成功返回。
  • xEventGroupSync 成功返回后，会清除事件

xEventGroupSync 函数原型如下：

EventBits_t xEventGroupSync( EventGroupHandle_t xEventGroup,const EventBits_t uxBitsToSet,const EventBits_t uxBitsToWaitFor,TickType_t xTicksToWait );

参数列表如下：

参数说明
xEventGroup哪个事件组？
uxBitsToSet要设置哪些事件？我完成了哪些事件？
比如0x05(二进制为0101)会导致事件组的bit0,bit2被设置为1
uxBitsToWaitFor等待那个位、哪些位？
比如0x15(二级制10101)，表示要等待bit0,bit2,bit4都为1
xTicksToWait如果期待的事件未发生，阻塞多久。
可以设置为0：判断后即刻返回；
可设置为portMAX_DELAY：一定等到成功才返回；
可以设置为期望的Tick Count，一般用 pdMS_TO_TICKS() 把ms转换为Tick Count
返回值返回的是事件值，
如果期待的事件发生了，返回的是"非阻塞条件成立"时的事件值；
如果是超时退出，返回的是超时时刻的事件值。

文章是自己总结而记录，有些知识点没说明白的，请各位看官多多提意见，多多交流，欢迎大家留言
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