【STM32F407】第8章 RTX5任务优先级分配和修改

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第8章   RTX5任务优先级分配和修改

本章节主要为大家讲解RTX5任务优先级设置的注意事项，任务优先级的分配方案及其相关的一个例子，内容相对比较简单。

8.1 任务优先级设置注意事项

8.2 任务优先级分配方案

8.3 任务优先级设置函数osThreadSetPriority

8.4 任务优先级获取函数osThreadGetPriority

8.5 实验例程说明

8.6 总结

 

8.1   RTX5支持的优先级设置

RTX5操作系统支持的优先级设置如下：

/// Priority values.
typedef enum {
  osPriorityNone          =  0,         ///< No priority (not initialized).
  osPriorityIdle          =  1,         ///< Reserved for Idle thread.
  osPriorityLow           =  8,         ///< Priority: low
  osPriorityLow1          =  8+1,       ///< Priority: low + 1
  osPriorityLow2          =  8+2,       ///< Priority: low + 2
  osPriorityLow3          =  8+3,       ///< Priority: low + 3
  osPriorityLow4          =  8+4,       ///< Priority: low + 4
  osPriorityLow5          =  8+5,       ///< Priority: low + 5
  osPriorityLow6          =  8+6,       ///< Priority: low + 6
  osPriorityLow7          =  8+7,       ///< Priority: low + 7
  osPriorityBelowNormal   = 16,         ///< Priority: below normal
  osPriorityBelowNormal1  = 16+1,       ///< Priority: below normal + 1
  osPriorityBelowNormal2  = 16+2,       ///< Priority: below normal + 2
  osPriorityBelowNormal3  = 16+3,       ///< Priority: below normal + 3
  osPriorityBelowNormal4  = 16+4,       ///< Priority: below normal + 4
  osPriorityBelowNormal5  = 16+5,       ///< Priority: below normal + 5
  osPriorityBelowNormal6  = 16+6,       ///< Priority: below normal + 6
  osPriorityBelowNormal7  = 16+7,       ///< Priority: below normal + 7
  osPriorityNormal        = 24,         ///< Priority: normal
  osPriorityNormal1       = 24+1,       ///< Priority: normal + 1
  osPriorityNormal2       = 24+2,       ///< Priority: normal + 2
  osPriorityNormal3       = 24+3,       ///< Priority: normal + 3
  osPriorityNormal4       = 24+4,       ///< Priority: normal + 4
  osPriorityNormal5       = 24+5,       ///< Priority: normal + 5
  osPriorityNormal6       = 24+6,       ///< Priority: normal + 6
  osPriorityNormal7       = 24+7,       ///< Priority: normal + 7
  osPriorityAboveNormal   = 32,         ///< Priority: above normal
  osPriorityAboveNormal1  = 32+1,       ///< Priority: above normal + 1
  osPriorityAboveNormal2  = 32+2,       ///< Priority: above normal + 2
  osPriorityAboveNormal3  = 32+3,       ///< Priority: above normal + 3
  osPriorityAboveNormal4  = 32+4,       ///< Priority: above normal + 4
  osPriorityAboveNormal5  = 32+5,       ///< Priority: above normal + 5
  osPriorityAboveNormal6  = 32+6,       ///< Priority: above normal + 6
  osPriorityAboveNormal7  = 32+7,       ///< Priority: above normal + 7
  osPriorityHigh          = 40,         ///< Priority: high
  osPriorityHigh1         = 40+1,       ///< Priority: high + 1
  osPriorityHigh2         = 40+2,       ///< Priority: high + 2
  osPriorityHigh3         = 40+3,       ///< Priority: high + 3
  osPriorityHigh4         = 40+4,       ///< Priority: high + 4
  osPriorityHigh5         = 40+5,       ///< Priority: high + 5
  osPriorityHigh6         = 40+6,       ///< Priority: high + 6
  osPriorityHigh7         = 40+7,       ///< Priority: high + 7
  osPriorityRealtime      = 48,         ///< Priority: realtime
  osPriorityRealtime1     = 48+1,       ///< Priority: realtime + 1
  osPriorityRealtime2     = 48+2,       ///< Priority: realtime + 2
  osPriorityRealtime3     = 48+3,       ///< Priority: realtime + 3
  osPriorityRealtime4     = 48+4,       ///< Priority: realtime + 4
  osPriorityRealtime5     = 48+5,       ///< Priority: realtime + 5
  osPriorityRealtime6     = 48+6,       ///< Priority: realtime + 6
  osPriorityRealtime7     = 48+7,       ///< Priority: realtime + 7
  osPriorityISR           = 56,         ///< Reserved for ISR deferred thread.
  osPriorityError         = -1,         ///< System cannot determine priority or illegal priority.
  osPriorityReserved      = 0x7FFFFFFF  ///< Prevents enum down-size compiler optimization.
} osPriority_t;

大家设置任务优先级的时候需要调用这些指定的优先级，其中osPriorityIdle是最低优先级，供空闲任务使用，而osPriorityRealtime7是最高优先级。

8.2   任务优先级分配方案

对于初学者，有时候会纠结任务优先级设置为多少合适，因为任务优先级设置多少是没有标准的。对于这个问题，RTX5有一个推荐的设置标准，任务优先级设置推荐方式如下图8.1所示：

图8.1 任务优先级分配方案

• IRQ任务：IRQ任务是指通过中断服务程序进行触发的任务，此类任务应该设置为所有任务里面优先级最高的。
• 高优先级后台任务：比如按键检测，触摸检测，USB消息处理，串口消息处理等，都可以归为这一类任务。
• 低优先级的时间片调度任务：比如emWin的界面显示，LED数码管的显示等不需要实时执行的都可以归为这一类任务。实际应用中用户不必拘泥于将这些任务都设置为优先级1的同优先级任务，可以设置多个优先级，只需注意这类任务不需要高实时性。
• 空闲任务：空闲任务是系统任务。
• 特别注意：IRQ任务和高优先级任务必须设置为阻塞式（调用消息等待或者延迟等函数即可），只有这样高优先级任务才会释放CPU的使用权，从低优先级任务才有机会得到执行。

这里的优先级分配方案是RTX操作系统推荐的一种方式，实际项目也可以不采用这种方法。调试出适合项目需求的才是最好的。

8.3   任务优先级设置函数osThreadSetPriority

函数原型：

osStatus_t osThreadSetPriority(osThreadId_t    thread_id,

osPriority_t   priority )   

函数描述：

此函数用于修改任务的优先级。

函数参数：

1、  第1个参数填任务的ID。

2、  第2个参数是任务优先级。

3、  返回值：

• osOK: 任务优先级修改成功。
• osErrorParameter: 任务ID是NULL或者优先级无效。
• osErrorResource: 任务处于无效状态。
• osErrorISR: 此函数不可以在中断服务程序里面调用。

使用举例：

/*
**********************************************************************************************************
                                             变量
**********************************************************************************************************
*/
static uint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];  /* 任务栈 */

/* 任务句柄 */
OS_TID HandleTaskUserIF = NULL;
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskChangePrio
*    功能说明: 修改任务优先级
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskDelete (void)
{
    HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */ 
                                          1,                         /* 任务优先级 */ 
                                          &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
                                          sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */

    if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 3) == OS_R_OK)
    {
        printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
    }
    else
    {
        printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
    }
    
}

8.4   任务优先级获取函数osThreadGetPriority

函数原型：

osPriority_t osThreadGetPriority (osThreadId_t thread_id )

函数描述：

此函数用于获取任务的优先级。

函数参数：

1、  第1个参数填任务的ID。

2、  返回值：

• 正常情况下，可以返回任务优先级。
• osPriorityError 任务优先级无法确定或者非法的，如果是在中断服务程序里面调用此函数也返回错误。

使用举例：

/*
**********************************************************************************************************
                                             变量
**********************************************************************************************************
*/
static uint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];  /* 任务栈 */

/* 任务句柄 */
OS_TID HandleTaskUserIF = NULL;
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskChangePrio
*    功能说明: 修改任务优先级
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskDelete (void)
{
    HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */ 
                                          1,                         /* 任务优先级 */ 
                                          &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
                                          sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */

    if(os_tsk_prio(HandleTaskLED, 3) == OS_R_OK)
    {
        printf("任务AppTaskLED优先级修改成功\r\n");
    }
    else
    {
        printf("任务AppTaskLED优先级修改失败\r\n");                    
    }
    
}

8.5   实验例程说明

配套例子：

V5-404_RTX5 Task Priority

实验目的：

1. 学习RTX的任务优先级设置。

实验内容：

1. K1键按下，设置任务优先级为osPriorityHigh。
2. K2键按下，设置任务优先级为osPriorityHigh2。
3. 各个任务实现的功能如下：

AppTaskUserIF任务   : 按键消息处理。

AppTaskLED任务      : LED闪烁。

AppTaskMsgPro任务   : 消息处理。

AppTaskStart任务      : 启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

osRtxTimerThread任务 : 定时器任务，暂未使用。

串口打印信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1。

 

RTX配置：

RTX配置向导详情如下：

  System Configuration

• Global Dynamic Memory size

全局动态内存，这里设置为32KB。

• Kernel Tick Frequency

系统时钟节拍，这里设置为1KHz。

  Thread Configuration

• Default Thread Stack size

默认的任务栈大小，这里设置为1024字节

RTX5任务调试信息：

程序设计：

  任务栈大小分配：

全部独立配置，没有使用RTX5默认配置：

/*
**********************************************************************************************************
                                             变量
**********************************************************************************************************
*/
/* 任务的属性设置 */
const osThreadAttr_t ThreadStart_Attr = 
{
    /* 未使用 */
//    .cb_mem = &worker_thread_tcb_1,
//    .cb_size = sizeof(worker_thread_tcb_1),
//    .stack_mem = &worker_thread_stk_1[0],
//    .stack_size = sizeof(worker_thread_stk_1),
//    .priority = osPriorityAboveNormal,
//    .tz_module = 0
    
    .name = "osRtxStartThread",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh4,
    .stack_size = 2048,
};

const osThreadAttr_t ThreadMsgPro_Attr = 
{
    .name = "osRtxMsgProThread",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh3,
    .stack_size = 1024,
};

const osThreadAttr_t ThreadLED_Attr = 
{
    .name = "osRtxLEDThread",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh2,
    .stack_size = 512,
};

const osThreadAttr_t ThreadUserIF_Attr = 
{
    .name = "osRtxThreadUserIF",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh1,
    .stack_size = 1024,
};

  系统栈大小分配：

 

  RTX5初始化：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main (void) 
{    
    /* HAL库，MPU，Cache，时钟等系统初始化 */
    System_Init();

    /* 内核开启前关闭HAL的时间基准 */
    HAL_SuspendTick();
    
    /* 内核初始化 */
    osKernelInitialize();                                  

    /* 创建启动任务 */
    ThreadIdStart = osThreadNew(AppTaskStart, NULL, &ThreadStart_Attr);  

    /* 开启多任务 */
    osKernelStart();
    
    while(1);
}

  RTX5任务创建：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskCreate
*    功能说明: 创建应用任务
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate (void)
{
    ThreadIdTaskMsgPro = osThreadNew(AppTaskMsgPro, NULL, &ThreadMsgPro_Attr);  
    ThreadIdTaskLED = osThreadNew(AppTaskLED, NULL, &ThreadLED_Attr);  
    ThreadIdTaskUserIF = osThreadNew(AppTaskUserIF, NULL, &ThreadUserIF_Attr);  
}

  四个RTX任务的实现：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskUserIF
*    功能说明: 按键消息处理        
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*   优 先 级: osPriorityHigh1 (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
*********************************************************************************************************
*/
void AppTaskUserIF(void *argument)
{
    uint8_t ucKeyCode;

    while(1)
    {
        ucKeyCode = bsp_GetKey();
        
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                /* K1键按下，设置任务优先级为osPriorityHigh */
                case KEY_DOWN_K1:
                    printf("K1键按下，设置任务 HandleTaskLED的优先级为osPriorityHigh\r\n");
                      osThreadSetPriority(ThreadIdTaskLED, osPriorityHigh);
printf("任务ThreadIdTaskLED的优先级 = %d\r\n",osThreadGetPriority(ThreadIdTaskLED));
                    break;
                    
                /* K2键按下，设置任务优先级为osPriorityHigh2 */
                case KEY_DOWN_K2:
                    printf("K2键按下，设置任务 HandleTaskLED的优先级为osPriorityHigh2\r\n");
                    osThreadSetPriority(ThreadIdTaskLED, osPriorityHigh2);
                  printf("任务ThreadIdTaskLED的优先级 = %d\r\n", osThreadGetPriority(ThreadIdTaskLED));
                    break;

                /* 其他的键值不处理 */
                default:                     
                    break;
            }
        }
        
        osDelay(20);
    }
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskLED
*    功能说明: LED闪烁。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*   优 先 级: osPriorityHigh2 
*********************************************************************************************************
*/
void AppTaskLED(void *argument)
{
    const uint16_t usFrequency = 200; /* 延迟周期 */
    uint32_t tick;

    /* 获取当前时间 */
    tick = osKernelGetTickCount(); 
    
    while(1)
    {
        bsp_LedToggle(2);
        /* 相对延迟 */
        tick += usFrequency;                          
        osDelayUntil(tick);
    }
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskMsgPro
*    功能说明: 消息处理，暂时未用到。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*   优 先 级: osPriorityHigh3  
*********************************************************************************************************
*/
void AppTaskMsgPro(void *argument)
{
    while(1)
    {
        osDelay(10);
    }    
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskStart
*    功能说明: 启动任务，这里用作BSP驱动包处理。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*   优 先 级: osPriorityHigh4  
*********************************************************************************************************
*/
void AppTaskStart(void *argument)
{
    const uint16_t usFrequency = 1; /* 延迟周期 */
    uint32_t tick;
    
    /* 初始化外设 */
    HAL_ResumeTick();
    bsp_Init();

    /* 创建任务 */
    AppTaskCreate();

    /* 获取当前时间 */
    tick = osKernelGetTickCount(); 
    
    while(1)
    {
        /* 需要周期性处理的程序，对应裸机工程调用的SysTick_ISR */
        bsp_ProPer1ms();
        
        /* 相对延迟 */
        tick += usFrequency;                          
        osDelayUntil(tick);
    }
}

8.6   总结

本章节内容相对比较容易，重点是学习任务优先级分配方案，随着后面的学习，初学者需要慢慢积累这方面的经验。

 

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