13.FreeRTOS使用事件标记组

FreeRTOS 事件标记组

什么是事件标记组？

事件标记组是一个24（在 FreeRTOS 中，默认情况下，事件标记组的位数是 24 位）位的变量，每一位（bit）可以独立地被设置或清除。任务可以等待一个或多个事件标记被设置，并且可以选择等待所有指定的事件标记都被设置或任意一个被设置。当某个事件发生时，任务可以设置对应的事件标记，通知等待这些标记的任务。

创建事件标记组

首先，在 Arduino 代码中，你需要创建一个事件标记组。在 setup() 函数中调用 xEventGroupCreate 来创建一个事件标记组：

#include <Arduino.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <event_groups.h>EventGroupHandle_t xEventGroup;void setup() {Serial.begin(115200);xEventGroup = xEventGroupCreate();if (xEventGroup == NULL) {// 事件标记组创建失败，可能是因为内存不足while (1);}
}

设置和清除事件标记

然后，你可以在任务中设置和清除事件标记。例如，你可以使用 xEventGroupSetBits 来设置事件标记，使用 xEventGroupClearBits 来清除事件标记：

#define EVENT_BIT_0 (1 << 0)
#define EVENT_BIT_1 (1 << 1)void task1(void *pvParameters) {for (;;) {// 模拟某些工作vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));// 设置事件标记xEventGroupSetBits(xEventGroup, EVENT_BIT_0);}
}void task2(void *pvParameters) {for (;;) {// 清除事件标记xEventGroupClearBits(xEventGroup, EVENT_BIT_0);// 模拟某些工作vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}
}

等待事件标记

最后，在另一个任务中，你可以等待事件标记的设置。使用 xEventGroupWaitBits 函数来等待事件标记：

void task3(void *pvParameters) {EventBits_t uxBits;const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS(1000);for (;;) {uxBits = xEventGroupWaitBits(xEventGroup,EVENT_BIT_0,pdTRUE,   // 等待后清除事件标记pdFALSE,  // 等待任意一个事件标记被设置xTicksToWait);if ((uxBits & EVENT_BIT_0) != 0) {// 事件标记被设置，执行相关操作}}
}

将任务添加到调度器中

最后，将创建的任务添加到 FreeRTOS 的任务调度器中：

void setup() {// 创建事件标记组xEventGroup = xEventGroupCreate();if (xEventGroup == NULL) {// 事件标记组创建失败，可能是因为内存不足while (1);}// 创建任务xTaskCreate(task1, "Task 1", 10000, NULL, 1, NULL);xTaskCreate(task2, "Task 2", 10000, NULL, 1, NULL);xTaskCreate(task3, "Task 3", 10000, NULL, 1, NULL);// 启动任务调度器vTaskStartScheduler();
}

完整示例

在这个示例中，我们将创建两个任务：一个任务会定期地设置事件标记，另一个任务会等待事件标记的设置，并在事件标记被设置时输出消息到串口。

#include <Arduino.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <event_groups.h>// 定义事件标记位
#define EVENT_BIT_0 (1 << 0)// 声明事件标记组句柄
EventGroupHandle_t xEventGroup;// Task1: 定期设置事件标记
void task1(void *pvParameters) {for (;;) {// 模拟某些工作delay(1000);// 设置事件标记xEventGroupSetBits(xEventGroup, EVENT_BIT_0);}
}// Task2: 等待事件标记的设置并输出消息
void task2(void *pvParameters) {EventBits_t uxBits;const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS(1000);for (;;) {// 等待事件标记uxBits = xEventGroupWaitBits(xEventGroup,EVENT_BIT_0,pdTRUE,   // 等待后清除事件标记pdFALSE,  // 等待任意一个事件标记被设置xTicksToWait);if ((uxBits & EVENT_BIT_0) != 0) {// 事件标记被设置，输出消息到串口Serial.println("Event bit 0 is set!");}}
}void setup() {Serial.begin(115200);// 创建事件标记组xEventGroup = xEventGroupCreate();if (xEventGroup == NULL) {// 事件标记组创建失败，可能是因为内存不足while (1);}// 创建任务xTaskCreate(task1, "Task 1", 10000, NULL, 1, NULL);xTaskCreate(task2, "Task 2", 10000, NULL, 1, NULL);// 启动任务调度器vTaskStartScheduler();
}void loop() {// loop 函数为空，不需要额外的代码
}

在这个示例中，Task1 每隔 1 秒就会设置事件标记，而 Task2 每隔 1 秒就会检查事件标记是否被设置，如果事件标记被设置，它就会输出一条消息到串口。这样，我们就实现了两个任务之间的简单同步通信。

API汇总

当使用 FreeRTOS 中的事件标记组（Event Groups）时，有几个关键的 API 函数需要理解。

1. xEventGroupCreate

EventGroupHandle_t xEventGroupCreate(void)
  • 功能：创建一个事件标记组。
  • 参数：无。
  • 返回值：如果创建成功，返回一个事件标记组的句柄；如果创建失败，返回 NULL。
  • 说明：该函数用于在内存中动态分配一个事件标记组，并返回该事件标记组的句柄，以供其他函数使用。如果内存不足或其他原因导致创建失败，将返回 NULL。

2. xEventGroupWaitBits

EventBits_t xEventGroupWaitBits(EventGroupHandle_t xEventGroup, EventBits_t uxBitsToWaitFor, BaseType_t xClearOnExit, BaseType_t xWaitForAllBits, TickType_t xTicksToWait)
  • 功能：等待事件标记组中的特定事件标记被设置。
  • 参数：
    • xEventGroup：要等待的事件标记组的句柄。
    • uxBitsToWaitFor：一个位掩码，指定要等待的事件标记的组合。
    • xClearOnExit：如果为 pdTRUE，则在函数返回时自动清除已经设置的事件标记；如果为 pdFALSE，则不清除。
    • xWaitForAllBits：如果为 pdTRUE，则只有当所有指定的事件标记都被设置时，函数才会返回；如果为 pdFALSE，则只要任何一个指定的事件标记被设置，函数就会返回。
    • xTicksToWait：等待的最长时间（以 FreeRTOS 的 Tick 单位表示）。
  • 返回值：如果等待时间超时，则返回0；否则返回一个位掩码，表示已经设置的事件标记。
  • 说明：该函数用于在任务中等待指定的事件标记被设置。可以选择是等待所有指定的事件标记都被设置，还是只等待任意一个事件标记被设置。还可以选择在等待结束时自动清除已经设置的事件标记。

3. xEventGroupSetBits

BaseType_t xEventGroupSetBits(EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToSet)
  • 功能：设置事件标记组中的指定事件标记。
  • 参数：
    • xEventGroup：要设置事件标记的事件标记组的句柄。
    • uxBitsToSet：一个位掩码，指定要设置的事件标记。
  • 返回值：如果设置成功，则返回 pdPASS；否则返回 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY。
  • 说明：该函数用于设置事件标记组中的指定事件标记，使其被置位。多个事件标记可以通过位掩码的方式同时设置。

4. xEventGroupClearBits

BaseType_t xEventGroupClearBits(EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToClear)
  • 功能：清除事件标记组中的指定事件标记。
  • 参数：
    • xEventGroup：要清除事件标记的事件标记组的句柄。
    • uxBitsToClear：一个位掩码，指定要清除的事件标记。
  • 返回值：如果清除成功，则返回 pdPASS；否则返回 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY。
  • 说明：该函数用于清除事件标记组中的指定事件标记，使其被清零。多个事件标记可以通过位掩码的方式同时清除。

xEventGroupSync() 是 FreeRTOS 中的一个高级事件标记组 API 函数，它允许多个任务在特定的事件发生时同时被唤醒，以便它们可以同时执行相关操作。

5. xEventGroupSync

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

参数：

  • xEventGroup：要操作的事件标记组的句柄。
  • uxBitsToSet：要设置的事件标记的位掩码。
  • uxBitsToWaitFor：要等待的事件标记的位掩码。
  • xTicksToWait：等待的最长时间（以 FreeRTOS 的 Tick 单位表示）。

返回值：

函数将等待 uxBitsToWaitFor 中的所有位都被设置，并在等待结束后将 uxBitsToSet 中的位设置为 1。如果在超时之前所有 uxBitsToWaitFor 的位都被设置，则返回事件标记组的当前状态；否则，在超时时返回 0。

功能：
xEventGroupSync函数在FreeRTOS中用于同步事件标记组。这个函数的工作方式是：首先设置指定的位，然后等待其他的位被设置。

当你调用xEventGroupSync函数时，它会首先设置uxBitsToSet指定的位，然后等待uxBitsToWaitFor指定的所有位都被设置。如果在xTicksToWait指定的时钟节拍数内，所有的位都被设置，那么函数就会返回。否则，它会继续等待。

因此，对于xEventGroupSync函数来说，是先设置位，然后等待位。

注意使用 xEventGroupSync() 时要小心，确保正确设置和等待事件标记，以避免死锁或其他同步问题。

结论

在 ESP32 上使用 FreeRTOS 的事件标记组可以实现多任务之间的同步和通信。然而，尽管事件标记组在某些情况下可能非常有用，但在事件标记组的操作下（如设置、清除、等待位等）可能会比其他同步机制（如互斥锁或信号量）更复杂。如果你的应用程序不需要事件标记组提供的灵活性，那么使用更简单的同步机制可能会更好。

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