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第24章     RTX低功耗之tickless模式： 【RTX操作系统教程】第24ç«  RTX低功耗之tickless模式.pdf (776.74 KB, 下载次数: 9)

2016-2-17 15:43 上传

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第24章    RTX低功耗之tickless模式

    本章节为大家讲解RTX本身支持的低功耗模式tickless实现方法，tickless低功耗机制是当前小型RTOS所采用的通用低功耗方法，比如embOS，FreeRTOS和uCOS-III（类似方法）都有这种机制。

    本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407。

24.1 tickless低功耗模式介绍

24.2 RTX实现tickless模式的框架

24.3 tickless模式的API函数

24.4 实验例程说明

24.5      总结

24.1  tickless低功耗模式介绍

    tickless低功耗机制是当前小型RTOS所采用的通用低功耗方法，比如embOS，FreeRTOS和uCOS-III（类似方法）都有这种机制。

    RTX的低功耗也是采用的这种方式，那么tickless又是怎样一种模式呢，仅从字母上看tick是滴答时钟的意思，less是tick的后缀，表示较少的，这里的含义可以表示为无滴答时钟。整体看这个字母就是表示滴答时钟节拍停止运行的情况。

    反映在RTX上，tickless又是怎样一种情况呢？我们都知道，当用户任务都被挂起时，最低优先级的空闲任务会得到执行。那么STM32支持的睡眠模式，停机模式就可以放在空闲任务里面实现。为了实现低功耗最优设计，我们还不能直接把睡眠或者停机模式直接放在空闲任务就可以了。进入空闲任务后，首先要计算可以执行低功耗的最大时间，也就是求出下一个要执行的高优先级任务还剩多少时间。然后就是把低功耗的唤醒时间设置为这个求出的时间，时间到后系统会从低功耗模式被唤醒，继续执行多任务。这个就是所谓的tickless模式。从上面的讲解中可以看出，实现tickless模式最麻烦是低功耗可以执行的时间如何获取。关于这个问题，RTX已经为我们做好了，调用函数os_suspend即可。

24.2  RTX实现tickless模式的框架

    RTX实现低功耗tickless模式的代码框架如下：

1. __task void os_idle_demon (void) {
   
2.   uint32_t sleep;
   
3. 
   
4.   ...
   
5.   /* 第1步：配置系统深度睡眠模式 */
   
6.   ...
   
7. 
   
8.   /* 第2步：通过函数os_suspend获取系统可以处于低功耗模式的时钟节拍个数，此函数会关闭调度器 */
   
9.   for (;;) {
   
10.     sleep = os_suspend ();        
    
11. 
    
12.     if (sleep) {
    
13.       ...
    
14.     /* 第3步：创建一个新的定时器，专门用于将系统从低功耗模式唤醒，并将唤醒时间设置为
    
15. 函数os_suspend返回值sleep */
    
16.       ...
    
17. 
    
18.     /* 第4步：调用低功耗指令进入低功耗模式 */
    
19.       __WFE ();                     
    
20. 
    
21.     /* 第5步：系统从低功耗模式唤醒，调整系统实际处于低功耗状态的时钟节拍个数*/
    
22.     /* Adjust actual sleep time (in case of any event) */
    
23.       sleep = ...
    
24. }
    
25. /* 第6步：重新使能调度器并调整系统时间，继续多任务的执行 */
    
26.     os_resume (sleep);                  /* OS Resume                          */
    
27.   }
    
28. }

复制代码

24.3  tickless模式的API函数

    使用如下2个函数可以实现RTX的tickless模式：

os_suspend

os_resume

关于这两个函数的讲解及其使用方法可以看教程第3章3.3小节里面说的参考资料rlarm.chm文件

                              

下面我们也对这2个函数依次进行讲解：

24.3.1 函数os_suspend

函数原型：

1. U32 os_suspend (void);

复制代码

函数描述：

函数os_suspend用于获取系统可以处于低功耗模式的时钟节拍个数。此函数必须配套函数os_resume一起使用。调用了函数os_suspend后，此函数会关闭调度器，即关闭任务切换，调用了函数os_resume会恢复任务调度。

    函数返回系统可以处于低功耗模式的时钟节拍个数。

使用这个函数要注意以下问题：

1.     只能在空闲任务里面调用这个函数。

2.     当系统进入到低功耗模式后，系统滴答定时器停止运行，因为调用了函数os_suspend，此函数会关闭滴答定时器。

使用举例：

    下面举的例子是RTX官方提供的基于STM32F2的低功耗设计代码，用于STM32F4也是可以，因为STM32F2和STM32F4的RTX时钟基本一样。下面的例子是通过RTC的低功耗唤醒功能实现。

1. #include <rtl.h>
   
2. 
   
3. __task void os_idle_demon (void) {
   
4.   uint32_t sleep;
   
5. 
   
6.   SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;    /* Configure Cortex-M3 for deep sleep */
   
7.   PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;              /* Enter Stop mode when in deepsleep  */
   
8.   PWR->CR  |= PWR_CR_LPDS;              /* Voltage regulator in low-power     */
   
9. 
   
10.   /* Enable LSI clock and wait until ready */
    
11.   RCC->CSR |= RCC_CSR_LSION;
    
12.   while ((RCC->CSR & RCC_CSR_LSIRDY) == 0);
    
13. 
    
14.   /* Enable power interface clock */
    
15.   RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
    
16. 
    
17.   /* Disable backup domain write protection */
    
18.   PWR->CR |= PWR_CR_DBP;
    
19. 
    
20.   /* Select LSI as clock source for RTC and enable RTC */
    
21.   RCC->BDCR &= ~RCC_BDCR_RTCSEL;
    
22.   RCC->BDCR |=  RCC_BDCR_RTCSEL_1;
    
23.   RCC->BDCR |=  RCC_BDCR_RTCEN;
    
24. 
    
25.   /* Disable the write protection for RTC registers */
    
26.   RTC->WPR   = 0xCA;
    
27.   RTC->WPR   = 0x53;
    
28. 
    
29.   /* Configure RTC auto-wakeup mode */
    
30.   RTC->ISR  &= ~RTC_ISR_WUTF;           /* Clear wakeup timer flag            */
    
31.   RTC->CR   &= ~RTC_CR_WUCKSEL;         /* Set RTC clock to 2kHz              */
    
32.   RTC->CR   |=  RTC_CR_WUTIE;           /* Enable RTC wakeup timer interrupt  */
    
33. 
    
34.   /* Configure EXTI line 22 for wakeup on rising edge */
    
35.   EXTI->EMR  |= (1 << 22);              /* Event request is not masked        */
    
36.   EXTI->RTSR |= (1 << 22);              /* Rising trigger enabled             */
    
37. 
    
38.   NVIC_EnableIRQ (RTC_WKUP_IRQn);       /* Enable RTC WakeUp IRQ              */
    
39. 
    
40.   for (;;) {
    
41.     /* HERE: include optional user code to be executed when no task runs.     */
    
42.     sleep = os_suspend ();              /* OS Suspend                         */
    
43. 
    
44.     if (sleep) {
    
45.       RTC->ISR &= ~RTC_ISR_WUTF;        /* Clear timer wakeup flag            */
    
46.       RTC->CR &= ~RTC_CR_WUTE;          /* Disable wakeup timer               */
    
47.       while ((RTC->ISR & RTC_ISR_WUTWF) == 0);
    
48. 
    
49.       /* RTC clock is @2kHz, set wakeup time for OS_TICK >= 1ms */
    
50.       RTC->WUTR = (sleep * (OS_TICK / 1000) * 2);
    
51. 
    
52.       RTC->CR |=  RTC_CR_WUTE;          /* Enable wakeup timer                */
    
53.       __WFE ();                         /* Enter STOP mode                    */
    
54. 
    
55.       /* After Wake-up */
    
56.       if ((RTC->ISR & RTC_ISR_WUTF) == 0) {
    
57.         sleep = 0;                      /* We didn't enter Stop mode          */
    
58.       }
    
59.     }
    
60.     os_resume (sleep);                  /* OS Resume                          */
    
61.   }
    
62. }

复制代码

24.3.2 函数os_resume

函数原型：

1. void os_resume (
   
2.     U32 sleep_time );    /* 系统处于低功耗模式的时钟节拍个数 */

复制代码

函数描述：

函数os_resume用于恢复任务调度器的运行。此函数必须配套函数os_suspend一起使用。调用了函数os_suspend后，此函数会关闭调度器，即关闭任务切换，调用函数os_resume会恢复任务调度。

   参数填写系统处于低功耗模式的时钟节拍个数。

使用这个函数要注意以下问题：

1.     只能在空闲任务里面调用这个函数。

2.     当系统进入到低功耗模式后，系统滴答定时器停止运行，因为调用了函数os_suspend，此函数会关闭滴答定时器。

使用举例：

参考上面函数os_suspend的举例。

24.4 实验例程说明
24.4.1 STM32F103开发板实验

配套例子：

    V4-424_RTX实验_低功耗（tickless模式）

实验目的：

    1.     学习RTX的低功耗（tickless模式）。

    2.     tickless模式低功耗的实现采用了停机模式，使用RTC的闹钟中断进行唤醒。

    3.     tickless模式的实现在源文件RTX_Conf_CM.C文件中的空闲任务os_idle_demon函数里面。

实验内容：

    1.K1按键按下，串口打印。

    2.K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro。

      任务AppTaskMsgPro接收到消息后进行消息处理。

    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，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号。

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

设计低功耗主要从以下几个方面着手：

    1.     用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式可以使用的低功耗方式有休眠模式，待机模式，停机模式。

    2.     选择了低功耗方式后就是关闭可以关闭的外设时钟。

    3.     降低系统主频。

    4.     注意I/O的状态。

    如果此I/O口带上拉，请设置为高电平输出或者高阻态输入；

    如果此I/O口带下拉，请设置为低电平输出或者高阻态输入；

      a.在睡眠模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

      b.在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

      c.在待机模式下，所有的I/O引脚处于高阻态，除了以下的引脚：

        ● 复位引脚(始终有效)。

        ● 当被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚。

        ● 被使能的唤醒引脚。

    5.注意I/O和外设IC的连接。

    6.测低功耗的时候，一定不要连接调试器，更不能边调试边测电流。

RTX配置：

    RTX配置向导详情如下：

                              

Task Configuration

Number of concurrent running tasks

  允许创建4个任务，实际创建了如下四个任务：

                AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。

                AppTaskLED任务     ：LED闪烁。

                AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。

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

        Number of tasks with user-provided stack

创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。

RTX任务调试信息：

    在休眠模式下，无法动态的查看任务的调试信息。下面的是单步调试时状态查看：

程序设计：

任务栈大小分配：

    staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];   /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8];      /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8];  /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8];     /* 任务栈 */

    将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的，8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话，部分C语言库函数，浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。

系统栈大小分配：

外设初始化：

    注意新加的函数初始化函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: bsp_Init
   
4. *    功能说明: 初始化硬件设备。只需要调用一次。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。
   
5. *             全局变量。
   
6. *    形    参: 无
   
7. *    返 回 值: 无
   
8. *********************************************************************************************************
   
9. */
   
10. void bsp_Init(void)
    
11. {
    
12.      /* 保证停机模式下调试器继续可以连接使用 */
    
13.      DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);
    
14.    
    
15.      /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */
    
16.      NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    
17. 
    
18.      bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    
19.      bsp_InitLed();     /* 初始LED指示灯端口 */
    
20.      bsp_InitKey();     /* 初始化按键 */
    
21. }

复制代码

RTX初始化：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: main
   
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. int main (void)
   
10. {   
    
11.      /* 初始化外设 */
    
12.      bsp_Init();
    
13.    
    
14.      /* 创建启动任务 */
    
15.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
    
16.                        4,                        /* 任务优先级 */
    
17.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
    
18.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
19.      while(1);
    
20. }

复制代码

RTX任务创建：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: AppTaskCreate
   
4. *    功能说明: 创建应用任务
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. static void AppTaskCreate (void)
   
10. {
    
11.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
    
12.                                            1,                         /* 任务优先级 */
    
13.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
    
14.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
15.    
    
16.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
    
17.                                         2,                       /* 任务优先级 */
    
18.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
    
19.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
20.    
    
21.      HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
    
22.                                            3,                         /* 任务优先级 */
    
23.                                            &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
    
24.                                            sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
25. }

复制代码

tickless模式在空闲任务实现，即配置向导文件RTX_Conf_CM.c文件中

1. /*--------------------------- os_idle_demon ---------------------------------*/
   
2. #include "stm32f10x.h"
   
3. __task void os_idle_demon (void)
   
4. {
   
5.      EXTI_InitTypeDef  EXTI_InitStructure;
   
6.      NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
7.      uint32_t sleep;
   
8.    
   
9.      /* 使能PWR和BKP时钟 */
   
10.      RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
    
11. 
    
12.      /* 允许写入RTC和后备寄存器 */
    
13.      PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
    
14. 
    
15.      /* 复位后备寄存器 */
    
16.      BKP_DeInit();
    
17. 
    
18.      /* 使能LSI */
    
19.      RCC_LSICmd(ENABLE);
    
20. 
    
21.      /* 等待直到LSI就绪 */
    
22.      while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET);
    
23. 
    
24.      /* 选择LSI作为RTC的时钟 */
    
25.      RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
    
26. 
    
27.      /* 使能RTC时钟 */
    
28.      RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
    
29. 
    
30.      /*
    
31.         在APB1总线复位或者停止后重新开启，RTC的任何读取前得等待RTC寄存器
    
32.         (RTC_CNT, RTC_ALR and RTC_PRL)跟RTC APB时钟同步。
    
33.      */
    
34.      RTC_WaitForSynchro();
    
35. 
    
36.      /* 等待RTC寄存器写操作完成 */
    
37.      RTC_WaitForLastTask();
    
38. 
    
39.      /*
    
40.        1. LSI的频率典型值是40KHz(30KHz到60KHz)
    
41.        2. 这里按40KHz来计算
    
42.           RTC 周期 = RTCCLK / RTC_PR = (40 KHz)/(19 + 1) = 2KHz
    
43.      */
    
44.      RTC_SetPrescaler(19);
    
45. 
    
46.      /* 等待RTC寄存器写操作完成 */
    
47.      RTC_WaitForLastTask();
    
48. 
    
49.      /* EXTI线17连接到RTC闹钟事件，使能中断 */
    
50.      EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line17);
    
51.      EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line17;
    
52.      EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    
53.      EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
    
54.      EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    
55.      EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
    
56. 
    
57.      /* 设置闹钟中断的NVIC */
    
58.      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTCAlarm_IRQn;
    
59.      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 12;
    
60.      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    
61.      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    
62.      NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
63. 
    
64.      for (;;)
    
65.      {
    
66.          /* 挂起OS, 并返回可以执行低功耗的时长 */
    
67.          sleep = os_suspend ();
    
68.          
    
69.          if (sleep)
    
70.          {
    
71.               /* RTC计数设置 */
    
72.               RTC_SetCounter(0);
    
73.               RTC_WaitForLastTask();
    
74. 
    
75.               /* 设置闹钟时间 */
    
76.               RTC_SetAlarm(sleep*(OS_TICK/1000)*2);
    
77.               RTC_WaitForLastTask();
    
78.             
    
79.               /* 使能闹钟中断 */
    
80.               RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, ENABLE);
    
81.               RTC_WaitForLastTask();
    
82.             
    
83.               /* 进入停机模式 */
    
84.               PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFE);
    
85.             
    
86.               /*
    
87.                 1、当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。
    
88.                 2、退出低功耗的停机模式后，需要重新配置使用HSE和HSE
    
89.               */
    
90.               SystemInit();
    
91.             
    
92.               /*
    
93.                  在APB1总线复位或者停止后重新开启，RTC的任何读取前得等待RTC寄存器
    
94.                  (RTC_CNT, RTC_ALR and RTC_PRL)跟RTC APB时钟同步。
    
95.               */
    
96.               RTC_WaitForSynchro();
    
97.             
    
98.               /* 检查唤醒标志是否设置 */
    
99.               if(PWR_GetFlagStatus(PWR_FLAG_WU) != RESET)
    
100.               {
     
101.                    /* 用户可以在这里加入相关串口打印等函数来检测是否进入停机模式 */
     
102.                    //printf("lowpower\r\n");
     
103.                    /* 清除唤醒标志 */
     
104.                    PWR_ClearFlag(PWR_FLAG_WU);
     
105.               }
     
106.               else
     
107.               {
     
108.                    sleep = 0;
     
109.               }
     
110.             
     
111.          }
     
112.         
     
113.          /* 恢复OS */
     
114.          os_resume (sleep);           
     
115.      }
     
116. }
     
117. 
     
118. /*--------------------------- RTC闹钟中断 ----------------------------------*/
     
119. void RTCAlarm_IRQHandler(void)
     
120. {
     
121.      if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR) != RESET)
     
122.      {
     
123.          /* 禁止RTC的闹钟中断 */
     
124.          RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, DISABLE);
     
125.          RTC_WaitForLastTask();
     
126.         
     
127.          /* 清除中断标志 */
     
128.          EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line17);
     
129.         
     
130.          /* 清除中断标志 */
     
131.          RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR);
     
132.          RTC_WaitForLastTask();
     
133.      }   
     
134. }

复制代码

信号量的创建：

1. static OS_SEM semaphore;
   
2. 
   
3. /*
   
4. *********************************************************************************************************
   
5. *    函 数 名: AppObjCreate
   
6. *    功能说明: 创建任务通信机制
   
7. *    形    参: 无
   
8. *    返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    
11. static void AppObjCreate (void)
    
12. {
    
13.      /* 创建信号量计数值是0, 用于任务同步 */
    
14.      os_sem_init (&semaphore, 0);
    
15. }

复制代码

四个RTX任务的实现：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: AppTaskUserIF
   
4. *    功能说明: 按键消息处理     
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
   
8. *********************************************************************************************************
   
9. */
   
10. __task void AppTaskUserIF(void)
    
11. {
    
12.      uint8_t ucKeyCode;
    
13. 
    
14.     while(1)
    
15.     {
    
16.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
    
17.         
    
18.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    
19.          {
    
20.               switch (ucKeyCode)
    
21.               {
    
22.                    /* K1键按下，打印调试说明 */
    
23.                    case KEY_DOWN_K1:
    
24.                        printf("K1键按下，使用MDK中自带的RTX调试组件，请务必使用MDK4.74版本进行调试\r\n");
    
25.                        break;  
    
26. 
    
27.                    /* K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro */
    
28.                    case KEY_DOWN_K2:
    
29.                        printf("K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro\r\n");
    
30.                        os_sem_send (&semaphore);
    
31.                        break;
    
32. 
    
33.                    /* 其他的键值不处理 */
    
34.                    default:                    
    
35.                        break;
    
36.               }
    
37.          }
    
38.         
    
39.          os_dly_wait(20);
    
40.      }
    
41. }
    
42. 
    
43. /*
    
44. *********************************************************************************************************
    
45. *    函 数 名: AppTaskLED
    
46. *    功能说明: LED闪烁。
    
47. *    形    参: 无
    
48. *    返 回 值: 无
    
49. *   优 先 级: 2
    
50. *********************************************************************************************************
    
51. */
    
52. __task void AppTaskLED(void)
    
53. {
    
54.      const uint16_t usFrequency = 200; /* 延迟周期 */
    
55.    
    
56.      /* 设置延迟周期 */
    
57.      os_itv_set(usFrequency);
    
58.    
    
59.     while(1)
    
60.     {
    
61.          bsp_LedToggle(2);
    
62.          bsp_LedToggle(3);
    
63. 
    
64.          /* os_itv_wait是绝对延迟，os_dly_wait是相对延迟。*/
    
65.          os_itv_wait();
    
66.     }
    
67. }
    
68. 
    
69. /*
    
70. *********************************************************************************************************
    
71. *    函 数 名: AppTaskMsgPro
    
72. *    功能说明: 消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号
    
73. *    形    参: 无
    
74. *    返 回 值: 无
    
75. *   优 先 级: 3
    
76. *********************************************************************************************************
    
77. */
    
78. __task void AppTaskMsgPro(void)
    
79. {
    
80.      OS_RESULT xResult;
    
81.      const uint16_t usMaxBlockTime = 200; /* 延迟周期 */
    
82.    
    
83.     while(1)
    
84.     {
    
85.          xResult = os_sem_wait (&semaphore, usMaxBlockTime);
    
86.         
    
87.          switch (xResult)
    
88.          {
    
89.               /* 无需等待接受到信号量同步信号 */
    
90.               case OS_R_OK:
    
91.                    printf("无需等待接受到信号量同步信号\r\n");
    
92.                    break;  
    
93. 
    
94.               /* 信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号 */
    
95.               case OS_R_SEM:
    
96.                    printf("信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号\r\n");
    
97.                    break;
    
98. 
    
99.               /* 超时 */
    
100.               case OS_R_TMO:
     
101.                    bsp_LedToggle(1);
     
102.                    bsp_LedToggle(4);
     
103.                    break;
     
104.             
     
105.               /* 其他值不处理 */
     
106.               default:                    
     
107.                    break;
     
108.          }   
     
109.     }
     
110. }
     
111. 
     
112. /*
     
113. *********************************************************************************************************
     
114. *    函 数 名: AppTaskStart
     
115. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。这里实现按键扫描。
     
116. *    形    参: 无
     
117. *    返 回 值: 无
     
118. *   优 先 级: 4
     
119. *********************************************************************************************************
     
120. */
     
121. __task void AppTaskStart(void)
     
122. {
     
123.      /* 创建任务 */
     
124.      AppTaskCreate();
     
125.    
     
126.      /* 创建任务通信机制 */
     
127.      AppObjCreate();
     
128.    
     
129.     while(1)
     
130.     {
     
131.          /* 按键扫描 */
     
132.          bsp_KeyScan();
     
133.         os_dly_wait(10);
     
134.     }
     
135. }

复制代码

24.4.2   STM32F407开发板实验

配套例子：

    V5-424_RTX实验_低功耗（tickless模式）

实验目的：

    1.     学习RTX的低功耗（tickless模式）。

    2.     tickless模式低功耗的实现采用了停机模式，使用RTC的唤醒中断进行唤醒。这个和前面STM32F1开发板采用的闹钟中断唤醒不同。

    3.     tickless模式的实现在源文件RTX_Conf_CM.C文件中的空闲任务os_idle_demon函数里面。

实验内容：

    1.K1按键按下，串口打印。

    2.K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro。

    任务AppTaskMsgPro接收到消息后进行消息处理。

    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，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号。

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

设计低功耗主要从以下几个方面着手：

     1.     用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式可以使用的低功耗方式有休眠模式，待机模式，停机模式。

     2.     选择了低功耗方式后就是关闭可以关闭的外设时钟。

     3.     降低系统主频。

     4.     注意I/O的状态。

     如果此I/O口带上拉，请设置为高电平输出或者高阻态输入；

    如果此I/O口带下拉，请设置为低电平输出或者高阻态输入；

    a.在睡眠模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

    b.在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

    c.在待机模式下，所有的I/O引脚处于高阻态，除了以下的引脚：

         ● 复位引脚（仍可用）。

         ● RTC_AF1 引脚 (PC13)（如果针对入侵、时间戳、 RTC 闹钟输出或 RTC 时钟校准输出进行了配置）。

         ● WKUP 引脚 (PA0)（如果使能）。

     5.注意I/O和外设IC的连接。

     6.测低功耗的时候，一定不要连接调试器，更不能边调试边测电流。

RTX配置：

    RTX配置向导详情如下：

                              

Task Configuration

Number of concurrent running tasks

  允许创建4个任务，实际创建了如下四个任务：

                AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。

                AppTaskLED任务     ：LED闪烁。

                AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。

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

        Number of tasks with user-provided stack

    创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。

RTX任务调试信息：

程序设计：

任务栈大小分配：

    staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];   /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8];      /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8];  /* 任务栈 */

    staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8];     /* 任务栈 */

    将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的，8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话，部分C语言库函数，浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。

系统栈大小分配：

外设初始化：

    注意新加的函数初始化函数DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);保证停机模式下调试器正常连接使用。

1. /*
   
2. /*
   
3. *********************************************************************************************************
   
4. *    函 数 名: bsp_Init
   
5. *    功能说明: 初始化硬件设备。只需要调用一次。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。
   
6. *             全局变量。
   
7. *    形    参: 无
   
8. *    返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    
11. void bsp_Init(void)
    
12. {
    
13.      /* 保证停机模式下调试器继续可以连接使用 */
    
14.      DBGMCU_Config(DBGMCU_STOP, ENABLE);
    
15.    
    
16.      /* 优先级分组设置为4, 优先配置好NVIC */
    
17.      NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    
18.    
    
19.      bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    
20.      bsp_InitKey();     /* 初始化按键变量（必须在 bsp_InitTimer() 之前调用） */
    
21.      bsp_InitLed();     /* 初始LED指示灯端口 */
    
22. }

复制代码

RTX初始化：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: main
   
4. *    功能说明: 标准c程序入口。
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. int main (void)
   
10. {   
    
11.      /* 初始化外设 */
    
12.      bsp_Init();
    
13.    
    
14.      /* 创建启动任务 */
    
15.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
    
16.                        4,                        /* 任务优先级 */
    
17.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
    
18.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
19.      while(1);
    
20. }

复制代码

RTX任务创建：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: AppTaskCreate
   
4. *    功能说明: 创建应用任务
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *********************************************************************************************************
   
8. */
   
9. static void AppTaskCreate (void)
   
10. {
    
11.      HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
    
12.                                            1,                         /* 任务优先级 */
    
13.                                            &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
    
14.                                            sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
15.    
    
16.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
    
17.                                         2,                       /* 任务优先级 */
    
18.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
    
19.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
20.    
    
21.      HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
    
22.                                            3,                         /* 任务优先级 */
    
23.                                            &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
    
24.                                            sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
25. }

复制代码

tickless模式在空闲任务实现，即配置向导文件RTX_Conf_CM.c文件中

1. /*----------------------------------------------------------------------------
   
2. *      Global Functions
   
3. *---------------------------------------------------------------------------*/
   
4. #include "stm32f4xx.h"
   
5. extern void SetSysClock(void);
   
6. void RTC_WKUP_IRQHandler (void) {
   
7.   EXTI->PR = (1 << 22);                 /* Clear pending EXTI interrupt      */
   
8.   RTC->CR &= ~RTC_CR_WUTE;              /* Disable wakeup timer              */
   
9. }
   
10. 
    
11. /*--------------------------- os_idle_demon ---------------------------------*/
    
12. 
    
13. __task void os_idle_demon (void) {
    
14. //  /* The idle demon is a system task, running when no other task is ready */
    
15. //  /* to run. The 'os_xxx' function calls are not allowed from this task.  */
    
16.   uint32_t sleep;
    
17. 
    
18.   SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;    /* Configure Cortex-M3 for deep sleep */
    
19.   PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;              /* Enter Stop mode when in deepsleep  */
    
20.   PWR->CR  |= PWR_CR_LPDS;              /* Voltage regulator in low-power     */
    
21. 
    
22.   /* Enable LSI clock and wait until ready */
    
23.   RCC->CSR |= RCC_CSR_LSION;
    
24.   while ((RCC->CSR & RCC_CSR_LSIRDY) == 0);
    
25. 
    
26.   /* Enable power interface clock */
    
27.   RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
    
28. 
    
29.   /* Disable backup domain write protection */
    
30.   PWR->CR |= PWR_CR_DBP;
    
31. 
    
32.   /* Select LSI as clock source for RTC and enable RTC */
    
33.   RCC->BDCR &= ~RCC_BDCR_RTCSEL;
    
34.   RCC->BDCR |=  RCC_BDCR_RTCSEL_1;
    
35.   RCC->BDCR |=  RCC_BDCR_RTCEN;
    
36. 
    
37.   /* Disable the write protection for RTC registers */
    
38.   RTC->WPR   = 0xCA;
    
39.   RTC->WPR   = 0x53;
    
40. 
    
41.   /* Configure RTC auto-wakeup mode */
    
42.   RTC->ISR  &= ~RTC_ISR_WUTF;           /* Clear wakeup timer flag            */
    
43.   RTC->CR   &= ~RTC_CR_WUCKSEL;         /* Set RTC clock to 2kHz              */
    
44.   RTC->CR   |=  RTC_CR_WUTIE;           /* Enable RTC wakeup timer interrupt  */
    
45. 
    
46.   /* Configure EXTI line 22 for wakeup on rising edge */
    
47.   EXTI->EMR  |= (1 << 22);              /* Event request is not masked        */
    
48.   EXTI->RTSR |= (1 << 22);              /* Rising trigger enabled             */
    
49. 
    
50.   NVIC_EnableIRQ (RTC_WKUP_IRQn);       /* Enable RTC WakeUp IRQ              */
    
51. 
    
52.   for (;;) {
    
53.     /* HERE: include optional user code to be executed when no task runs.     */
    
54.     sleep = os_suspend ();              /* OS Suspend                         */
    
55.    
    
56.     if (sleep) {
    
57.       RTC->ISR &= ~RTC_ISR_WUTF;        /* Clear timer wakeup flag            */
    
58.       RTC->CR &= ~RTC_CR_WUTE;          /* Disable wakeup timer               */
    
59.       while ((RTC->ISR & RTC_ISR_WUTWF) == 0);
    
60. 
    
61.       /* RTC clock is @2kHz, set wakeup time for OS_TICK >= 1ms */
    
62.       RTC->WUTR = (sleep * (OS_TICK / 1000) * 2);
    
63. 
    
64.       RTC->CR |=  RTC_CR_WUTE;          /* Enable wakeup timer                */
    
65.       __WFE ();                         /* Enter STOP mode                    */
    
66. 
    
67.       /* After Wake-up */
    
68.       if ((RTC->ISR & RTC_ISR_WUTF) == 0) {
    
69.         sleep = 0;                      /* We didn't enter Stop mode          */
    
70.       }
    
71.       
    
72.     }
    
73.      os_resume (sleep);                  /* OS Resume                          */
    
74.    
    
75.      /*
    
76.         下面的代码由用户添加。
    
77.         1、当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。
    
78.         2、退出低功耗的停机模式后，需要重新配置使用HSE和HSE。
    
79.         3、测试发现时钟配置函数SetSysClock不能放在os_suspend和os_resume，要不会有问题。
    
80.      */
    
81.      /* Disable IRQs */
    
82.      __disable_irq();
    
83.    
    
84.      SetSysClock();
    
85.    
    
86.      /* Enable IRQs */
    
87.     __enable_irq();
    
88.   }
    
89. }

复制代码

信号量的创建：

1. static OS_SEM semaphore;
   
2. 
   
3. /*
   
4. *********************************************************************************************************
   
5. *    函 数 名: AppObjCreate
   
6. *    功能说明: 创建任务通信机制
   
7. *    形    参: 无
   
8. *    返 回 值: 无
   
9. *********************************************************************************************************
   
10. */
    
11. static void AppObjCreate (void)
    
12. {
    
13.      /* 创建信号量计数值是0, 用于任务同步 */
    
14.      os_sem_init (&semaphore, 0);
    
15. }

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四个RTX任务的实现：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *    函 数 名: AppTaskUserIF
   
4. *    功能说明: 按键消息处理     
   
5. *    形    参: 无
   
6. *    返 回 值: 无
   
7. *   优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
   
8. *********************************************************************************************************
   
9. */
   
10. __task void AppTaskUserIF(void)
    
11. {
    
12.      uint8_t ucKeyCode;
    
13. 
    
14.     while(1)
    
15.     {
    
16.          ucKeyCode = bsp_GetKey();
    
17.         
    
18.          if (ucKeyCode != KEY_NONE)
    
19.          {
    
20.               switch (ucKeyCode)
    
21.               {
    
22.                    /* K1键按下，打印调试说明 */
    
23.                    case KEY_DOWN_K1:
    
24.                        printf("K1键按下，使用MDK中自带的RTX调试组件，请务必使用MDK4.74版本进行调试\r\n");
    
25.                        break;  
    
26. 
    
27.                    /* K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro */
    
28.                    case KEY_DOWN_K2:
    
29.                        printf("K2键按下，直接发送信号量同步信号给任务AppTaskMsgPro\r\n");
    
30.                        os_sem_send (&semaphore);
    
31.                        break;
    
32. 
    
33.                    /* 其他的键值不处理 */
    
34.                    default:                    
    
35.                        break;
    
36.               }
    
37.          }
    
38.         
    
39.          os_dly_wait(20);
    
40.      }
    
41. }
    
42. 
    
43. /*
    
44. *********************************************************************************************************
    
45. *    函 数 名: AppTaskLED
    
46. *    功能说明: LED闪烁。
    
47. *    形    参: 无
    
48. *    返 回 值: 无
    
49. *   优 先 级: 2
    
50. *********************************************************************************************************
    
51. */
    
52. __task void AppTaskLED(void)
    
53. {
    
54.      const uint16_t usFrequency = 200; /* 延迟周期 */
    
55.    
    
56.      /* 设置延迟周期 */
    
57.      os_itv_set(usFrequency);
    
58.    
    
59.     while(1)
    
60.     {
    
61.          bsp_LedToggle(2);
    
62.          bsp_LedToggle(3);
    
63. 
    
64.          /* os_itv_wait是绝对延迟，os_dly_wait是相对延迟。*/
    
65.          os_itv_wait();
    
66.     }
    
67. }
    
68. 
    
69. /*
    
70. *********************************************************************************************************
    
71. *    函 数 名: AppTaskMsgPro
    
72. *    功能说明: 消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的信号量同步信号
    
73. *    形    参: 无
    
74. *    返 回 值: 无
    
75. *   优 先 级: 3
    
76. *********************************************************************************************************
    
77. */
    
78. __task void AppTaskMsgPro(void)
    
79. {
    
80.      OS_RESULT xResult;
    
81.      const uint16_t usMaxBlockTime = 200; /* 延迟周期 */
    
82.    
    
83.     while(1)
    
84.     {
    
85.          xResult = os_sem_wait (&semaphore, usMaxBlockTime);
    
86.         
    
87.          switch (xResult)
    
88.          {
    
89.               /* 无需等待接受到信号量同步信号 */
    
90.               case OS_R_OK:
    
91.                    printf("无需等待接受到信号量同步信号\r\n");
    
92.                    break;  
    
93. 
    
94.               /* 信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号 */
    
95.               case OS_R_SEM:
    
96.                    printf("信号量不可用，usMaxBlockTime等待时间内收到信号量同步信号\r\n");
    
97.                    break;
    
98. 
    
99.               /* 超时 */
    
100.               case OS_R_TMO:
     
101.                    bsp_LedToggle(1);
     
102.                    bsp_LedToggle(4);
     
103.                    break;
     
104.             
     
105.               /* 其他值不处理 */
     
106.               default:                    
     
107.                    break;
     
108.          }   
     
109.     }
     
110. }
     
111. 
     
112. /*
     
113. *********************************************************************************************************
     
114. *    函 数 名: AppTaskStart
     
115. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。这里实现按键扫描。
     
116. *    形    参: 无
     
117. *    返 回 值: 无
     
118. *   优 先 级: 4
     
119. *********************************************************************************************************
     
120. */
     
121. __task void AppTaskStart(void)
     
122. {
     
123.      /* 创建任务 */
     
124.      AppTaskCreate();
     
125.    
     
126.      /* 创建任务通信机制 */
     
127.      AppObjCreate();
     
128.    
     
129.     while(1)
     
130.     {
     
131.          /* 按键扫描 */
     
132.          bsp_KeyScan();
     
133.         os_dly_wait(10);
     
134.     }
     
135. }

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24.5 总结

    本章节主要为大家讲解了RTX本身支持的低功耗tickless模式，对于初学者来说，刚开始学习可能不是特别理解，随着后面自己有了一定的经验后就比较容易理解了，特别是tickless的实现方法。另外tickless模式不限制用户必须采用停机模式，采用睡眠模式也是可以的，官方只是为用户提供了一种参考方法。