Создание приложений под FreeRTOS и RISC?V

В последней главе этого курса мы рассмотрим процесс создания простого приложения FreeRTOS для процессора RISC?V, а затем скомпилируем и запустим наше приложение с помощью тулчейна RISC?V.

Мы закончим главу описанием различных сложных приложений, которые уже являются частью платформы FreeRTOS.

К концу этой главы вы будете в силах:

Презентация по лекции

Этапы создания приложения FreeRTOS

Инструкции

Давайте рассмотрим шаги, необходимые для создания приложения FreeRTOS.

Шаг 1:

Начните со списка файлов и настроек, представленных в главе FreeRTOS.

Шаг 2:

Определите требования к приложению. После определения требований к приложению убедитесь, что следующие детали также определены:

После их определения разработчик приложения может планировать использование либо одного файла, либо нескольких файлов для определения и создания приложения.

Шаг 3:

Начните определять задачи в файлах по мере необходимости. Все задачи должны быть определены перед запуском планировщика FreeRTOS.

Пример определения задачи

xTaskCreate(
     /* Pointer to the function that implements the task. */
     vTaskCode,
     /* Name of the task. */
     "Demo task",
     /* The size of the stack that should be created for the task. This is defined in words, not bytes. */
     STACK_SIZE,
     /* A reference to xParameters is used as the task parameter. This is cast to a void * to prevent compiler warnings. */
     (void*) xParameter,
     /* The priority to be assigned to the newly created task. */
     TASK_PRIORITY,
     /* The handle to the created task will be placed into xHandle parameter as the output of the xTaskCreate function. */
     xHandle
)

Более подробную информацию о создании задач см. в справочном руководстве FreeRTOS, доступном на веб-сайте FreeRTOS.

Добавьте дополнительные задачи, если это необходимо для приложения. Когда все задачи определены, можно запускать планировщик.

Шаг 4:

Скомпилируйте код с помощью установленного компилятора RISC?V и запустите приложение в QEMU. Позже вы сможете портировать его на выбранное вами оборудование.

Создание простого приложения

Описание примера приложения

Ниже приводится описание упрощенного образца приложения. На основе этого описания мы создадим требования и построим приложение.

Есть два входа, которые поступают в систему из двух внешних источников. Назовем эти входы In1 и In2. Имеется один выход, Out1, размер которого составляет два бита.

In1 может менять свое состояние каждые 10 мс, а In2 может менять свое состояние каждые 20 мс. Исходя из значений In1 и In2, поведение Out1 определено ниже.

Для этого приложения необходимо три задачи: две для сбора входных данных и одна для управления выходом. Поэтому мы определим три задачи в главной функции.

Ниже приводится одна из возможных реализаций двух задач для сбора входных данных:

static void prvQueueSendTask1( void *pvParameters )
{
     TickType_t xNextWakeTime;
     const unsigned long ulValueToSend = 100UL;
     const char * const pcMessage1 = "Transfer1";
     const char * const pcMessage2 = "Transfer2";

     /* Remove compiler warning about unused parameter. */
     ( void ) pvParameters;

     /* Initialize xNextWakeTime; this only needs to be done once. */
     xNextWakeTime = xTaskGetTickCount();

     for( ;; )
     {

           char buf[40];

           sprintf( buf, "%d: %s: %s", xGetCoreID(),
                      pcTaskGetName( xTaskGetCurrentTaskHandle() ),
                      pcMessage1 );
           vSendString( buf );

           /* Place this task into Blocked state until it is time to run again. */
           vTaskDelayUntil( xNextWakeTime, mainQUEUE_SEND_FREQUENCY_MS1 );

           /* Send input of 100UL to the queue, causing the queue to
           receive the task to unblock and toggle the LED. Since 0 is
           used as the block time, the sending operation will not block;
           it shouldn't need to block, as the queue should always be
           empty at this point in the code. */
           xQueueSend( xQueue, ulValueToSend, 0U );
     }
}

static void prvQueueSendTask2( void *pvParameters )
{

     TickType_t xNextWakeTime;
     const unsigned long ulValueToSend = 200UL;
     const char * const pcMessage1 = "Transfer1";
     const char * const pcMessage2 = "Transfer2";

     /* Remove compiler warning about unused parameter. */
     ( void ) pvParameters;

     /* Initialize xNextWakeTime; this only needs to be done once. */
     xNextWakeTime = xTaskGetTickCount();

     for( ;; )
     {

           char buf[40];

           sprintf( buf, "%d: %s: %s", xGetCoreID(),
                      pcTaskGetName( xTaskGetCurrentTaskHandle() ),
                      pcMessage2 );
           vSendString( buf );

           /* Place this task into Blocked state until it is time to run again. */
           vTaskDelayUntil( xNextWakeTime,mainQUEUE_SEND_FREQUENCY_MS2 );

           /* Send input of 200UL to the queue, causing the queue to
           receive the task to unblock and toggle the LED. Since 0 is
           used as the block time, the sending operation will not block;
           it shouldn't need to block, as the queue should always be
           empty at this point in the code. */
           xQueueSend( xQueue, ulValueToSend, 0U );
     }
}

Задача для управления выходом может быть смоделирована следующим образом:

static void prvQueueReceiveTask( void *pvParameters )
{

     unsigned long ulReceivedValue;
     const unsigned long ulExpectedValue1 = 100UL;
     const unsigned long ulExpectedValue2 = 200UL;
     const char * const pcMessage1 = "Blink1";
     const char * const pcMessage2 = "Blink2";
     const char * const pcFailMessage = "Unexpected value received\r\n";

     /* Remove compiler warning about unused parameter. */
     ( void ) pvParameters;

     for( ;; )
     {

           char buf[40];

           /* Wait until something arrives in the queue; this task will
           block indefinitely, provided that INCLUDE_vTaskSuspend is set
           to 1 in FreeRTOSConfig.h. */
           xQueueReceive( xQueue, ulReceivedValue, portMAX_DELAY );

           /* To get here, something must have been received from the queue - but is it the expected value? If it is, toggle the LED. */
           if( ulReceivedValue == ulExpectedValue1 )
           {
                sprintf( buf, "%d: %s: %s", xGetCoreID(),
                           pcTaskGetName( xTaskGetCurrentTaskHandle() ),
                           pcMessage1 );
                vSendString( buf );

                ulReceivedValue = 0U;
           }
           else if( ulReceivedValue == ulExpectedValue2 )
           {
                 sprintf( buf, "%d: %s: %s", xGetCoreID(),
                            pcTaskGetName( xTaskGetCurrentTaskHandle() ),
                            pcMessage2 );
                 vSendString( buf );

                 ulReceivedValue = 0U;
           }
           else
           {
                 vSendString( pcFailMessage );
           }
     }
}

Поскольку этот пример выполняется в режиме эмуляции, мы реализовали задачи ввода для совместного использования входных данных с задачей вывода через очередь. В реальной системе эти данные поступали бы через входные контакты. Аналогично, выходной сигнал в примере представлен в виде текстовых сообщений, тогда как в реальном приложении он будет иметь форму светящихся светодиодов.

Компиляция и запуск приложения

Как компилировать и запускать приложения

Компиляция и запуск приложения могут быть выполнены с помощью скриптов или простых файлов make.

Результат примера показан на изображении ниже:

Вывод для этого примера также можно увидеть в демонстрационном видео, представленном в лекции Портирование приложений FreeRTOS на процессоры RISC?V.

Создание более сложных приложений

Общие шаги для создания более сложных приложений такие же, как и для создания простых приложений, а именно:

После сбора вышеуказанной информации следующим шагом будет определение необходимых задач, очередей, семафоров и других соответствующих компонентов для приложения. Создайте приложение, используя эту информацию, а затем перейдите к фазам компиляции и запуска.

Сложные демонстрационные приложения для FreeRTOS можно найти в следующем месте FreeRTOS на GitHub: FreeRTOS/FreeRTOS-Plus/Demo/.