本節(jié)內(nèi)容介紹

1、HAL庫GPIO在cubemx中的配置及注意事項;

2、HAL庫GPIO操作詳解與結構介紹;

3、rt-thread任務介紹與創(chuàng)建;

4、利用多任務點燈，實現(xiàn)rtos多任務創(chuàng)建于執(zhí)行;

HAL庫GPIO在cubemx中的配置

上節(jié)課程我們介紹了cubemx的界面、時鐘配置以及如何新建工程等，本節(jié)咱們就繼續(xù)進行程序員屆的“hello world”-“點燈”。

GPIO選擇與配置

嵌入式軟件工程師拿到板子第一件事要做的一定是熟悉原理圖，你可以不會設計，但一定要能看懂，軟件工程師調試代碼，一看原理圖，二才是寫代碼、調試代碼

先來看看開發(fā)板上的LED是哪個引腳，可以看到PB6、PE3、PD15都是LED控制引腳，采用的是灌電流的方式，低電平燈亮：

接下來，咱們在cubemx對這些IO進行配置，小飛哥只選擇了兩個LED燈，名字命名和原理圖保持一致或者是按照實際功能命名

右擊選擇第一個選項，就可以修改label

單擊選中，會有很多功能，MCU的一個引腳是可以復用為許多功能的，我們根據(jù)自己的需要配置對應的模式即可，此處我們控制LED燈，低電平-燈亮，高電平-燈滅，顯然是要配置為輸出模式的，選擇output即可，其他輸出引腳同理

接下來我們來看下GPIO的一些模式配置

對于開發(fā)板上的LED控制引腳，我們可以按照如下配置，初始化輸出高電平，LED不開啟，這樣初始化就可以設置GPIO輸出電平，設置為需要的狀態(tài)：

GPIO配置比較簡單，就不再啰嗦了

HAL庫GPIO操作詳解與結構介紹

打開生成的代碼，看看上面配置的GPIO初始化內(nèi)容,上面cubemx的配置項可以看到已經(jīng)生成對應的代碼了，GPIO的配置順序：使能GPIO時鐘->配置相關采參數(shù)：

voidMX_GPIO_Init(void)
{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct={0};

/*GPIOPortsClockEnable*/
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/
GPIO_InitStruct.Pin=Y_LED_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(Y_LED_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);

/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/
GPIO_InitStruct.Pin=CP_LED_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(CP_LED_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);

}

關于GPIO操作的API：

/*Initializationandde-initializationfunctions*****************************/
voidHAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_Init);
voidHAL_GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint32_tGPIO_Pin);

/**
*@}
*/

/**@addtogroupGPIO_Exported_Functions_Group2IOoperationfunctions
*@{
*/

/*IOoperationfunctions*****************************************************/
GPIO_PinStateHAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);
voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,GPIO_PinStatePinState);
voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);
HAL_StatusTypeDefHAL_GPIO_LockPin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);
voidHAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_tGPIO_Pin);
voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin);

本節(jié)由于是LED操作，我們只需要操作：

voidHAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_Init);
voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,GPIO_PinStatePinState);
voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);

如何使用呢？

參數(shù)GPIO_TypeDef *GPIOx可以是GPIO組的地址：

#defineGPIOA((GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)
#defineGPIOB((GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)
#defineGPIOC((GPIO_TypeDef*)GPIOC_BASE)
#defineGPIOD((GPIO_TypeDef*)GPIOD_BASE)
#defineGPIOE((GPIO_TypeDef*)GPIOE_BASE)
#defineGPIOF((GPIO_TypeDef*)GPIOF_BASE)
#defineGPIOG((GPIO_TypeDef*)GPIOG_BASE)
#defineGPIOH((GPIO_TypeDef*)GPIOH_BASE)
#defineGPIOI((GPIO_TypeDef*)GPIOI_BASE)

參數(shù)GPIO_Pin可以是GPIO的引腳號：

#defineGPIO_PIN_0((uint16_t)0x0001)/*Pin0selected*/
#defineGPIO_PIN_1((uint16_t)0x0002)/*Pin1selected*/
#defineGPIO_PIN_2((uint16_t)0x0004)/*Pin2selected*/
#defineGPIO_PIN_3((uint16_t)0x0008)/*Pin3selected*/
#defineGPIO_PIN_4((uint16_t)0x0010)/*Pin4selected*/
#defineGPIO_PIN_5((uint16_t)0x0020)/*Pin5selected*/
#defineGPIO_PIN_6((uint16_t)0x0040)/*Pin6selected*/
#defineGPIO_PIN_7((uint16_t)0x0080)/*Pin7selected*/
#defineGPIO_PIN_8((uint16_t)0x0100)/*Pin8selected*/
#defineGPIO_PIN_9((uint16_t)0x0200)/*Pin9selected*/
#defineGPIO_PIN_10((uint16_t)0x0400)/*Pin10selected*/
#defineGPIO_PIN_11((uint16_t)0x0800)/*Pin11selected*/
#defineGPIO_PIN_12((uint16_t)0x1000)/*Pin12selected*/
#defineGPIO_PIN_13((uint16_t)0x2000)/*Pin13selected*/
#defineGPIO_PIN_14((uint16_t)0x4000)/*Pin14selected*/
#defineGPIO_PIN_15((uint16_t)0x8000)/*Pin15selected*/
#defineGPIO_PIN_All((uint16_t)0xFFFF)/*Allpinsselected*/

參數(shù)GPIO_PinState PinState可以是：
/**
*@briefGPIOBitSETandBitRESETenumeration
*/
typedefenum
{
GPIO_PIN_RESET=0U,
GPIO_PIN_SET
}GPIO_PinState;

輸出低電平：

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

輸出高電平：

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin,GPIO_PIN_SET);

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin,GPIO_PIN_SET);

翻轉電平：

HAL_GPIO_TogglePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin);
HAL_GPIO_TogglePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin);

關于GPIO輸出不外乎這幾個API，掌握如何使用就可以了

rt-thread任務介紹與創(chuàng)建

主要摘取一些比較關鍵的信息，也可參見RT-Thread官網(wǎng)介紹

線程管理

嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行這樣的任務，系統(tǒng)通過傳感器采集數(shù)據(jù)，并通過顯示屏將數(shù)據(jù)顯示出來，在多線程實時系統(tǒng)中，可以將這個任務分解成兩個子任務，如下圖所示，一個子任務不間斷地讀取傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫到共享內(nèi)存中，另外一個子任務周期性的從共享內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，并將傳感器數(shù)據(jù)輸出到顯示屏上。

在 RT-Thread 中，與上述子任務對應的程序實體就是線程，線程是實現(xiàn)任務的載體，它是 RT-Thread 中最基本的調度單位，它描述了一個任務執(zhí)行的運行環(huán)境，也描述了這個任務所處的優(yōu)先等級，重要的任務可設置相對較高的優(yōu)先級，非重要的任務可以設置較低的優(yōu)先級，不同的任務還可以設置相同的優(yōu)先級，輪流運行。

線程狀態(tài)

線程運行的過程中，同一時間內(nèi)只允許一個線程在處理器中運行，從運行的過程上劃分，線程有多種不同的運行狀態(tài)，如初始狀態(tài)、掛起狀態(tài)、就緒狀態(tài)等。在 RT-Thread 中，線程包含五種狀態(tài)，操作系統(tǒng)會自動根據(jù)它運行的情況來動態(tài)調整它的狀態(tài)。RT-Thread 中線程的五種狀態(tài)，如下表所示：

狀態(tài)	描述
初始狀態(tài)	當線程剛開始創(chuàng)建還沒開始運行時就處于初始狀態(tài)；在初始狀態(tài)下，線程不參與調度。此狀態(tài)在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_INIT
就緒狀態(tài)	在就緒狀態(tài)下，線程按照優(yōu)先級排隊，等待被執(zhí)行；一旦當前線程運行完畢讓出處理器，操作系統(tǒng)會馬上尋找最高優(yōu)先級的就緒態(tài)線程運行。此狀態(tài)在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_READY
運行狀態(tài)	線程當前正在運行。在單核系統(tǒng)中，只有 rt_thread_self() 函數(shù)返回的線程處于運行狀態(tài)；在多核系統(tǒng)中，可能就不止這一個線程處于運行狀態(tài)。此狀態(tài)在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_RUNNING
掛起狀態(tài)	也稱阻塞態(tài)。它可能因為資源不可用而掛起等待，或線程主動延時一段時間而掛起。在掛起狀態(tài)下，線程不參與調度。此狀態(tài)在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_SUSPEND
關閉狀態(tài)	當線程運行結束時將處于關閉狀態(tài)。關閉狀態(tài)的線程不參與線程的調度。此狀態(tài)在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_CLOSE

線程狀態(tài)切換

RT-Thread 提供一系列的操作系統(tǒng)調用接口，使得線程的狀態(tài)在這五個狀態(tài)之間來回切換。幾種狀態(tài)間的轉換關系如下圖所示：

線程優(yōu)先級

RT-Thread 線程的優(yōu)先級是表示線程被調度的優(yōu)先程度。每個線程都具有優(yōu)先級，線程越重要，賦予的優(yōu)先級就應越高，線程被調度的可能才會越大。

RT-Thread 最大支持 256 個線程優(yōu)先級 (0~255)，數(shù)值越小的優(yōu)先級越高，0 為最高優(yōu)先級。在一些資源比較緊張的系統(tǒng)中，可以根據(jù)實際情況選擇只支持 8 個或 32 個優(yōu)先級的系統(tǒng)配置；對于 ARM Cortex-M 系列，普遍采用 32 個優(yōu)先級。最低優(yōu)先級默認分配給空閑線程使用，用戶一般不使用。在系統(tǒng)中，當有比當前線程優(yōu)先級更高的線程就緒時，當前線程將立刻被換出，高優(yōu)先級線程搶占處理器運行。

時間片

每個線程都有時間片這個參數(shù)，但時間片僅對優(yōu)先級相同的就緒態(tài)線程有效。系統(tǒng)對優(yōu)先級相同的就緒態(tài)線程采用時間片輪轉的調度方式進行調度時，時間片起到約束線程單次運行時長的作用，其單位是一個系統(tǒng)節(jié)拍（OS Tick），詳見《時鐘管理》章節(jié)。假設有 2 個優(yōu)先級相同的就緒態(tài)線程 A 與 B，A 線程的時間片設置為 10，B 線程的時間片設置為 5，那么當系統(tǒng)中不存在比 A 優(yōu)先級高的就緒態(tài)線程時，系統(tǒng)會在 A、B 線程間來回切換執(zhí)行，并且每次對 A 線程執(zhí)行 10 個節(jié)拍的時長，對 B 線程執(zhí)行 5 個節(jié)拍的時長，如下圖。

線程通過調用函數(shù) rt_thread_create/init() 進入到初始狀態(tài)（RT_THREAD_INIT）；

初始狀態(tài)的線程通過調用函數(shù) rt_thread_startup() 進入到就緒狀態(tài)（RT_THREAD_READY）；

就緒狀態(tài)的線程被調度器調度后進入運行狀態(tài)（RT_THREAD_RUNNING）；當處于運行狀態(tài)的線程調用 rt_thread_delay()，rt_sem_take()，rt_mutex_take()，rt_mb_recv() 等函數(shù)或者獲取不到資源時，將進入到掛起狀態(tài)（RT_THREAD_SUSPEND）；

處于掛起狀態(tài)的線程，如果等待超時依然未能獲得資源或由于其他線程釋放了資源，那么它將返回到就緒狀態(tài)。掛起狀態(tài)的線程，如果調用 rt_thread_delete/detach() 函數(shù)，將更改為關閉狀態(tài)（RT_THREAD_CLOSE）；

而運行狀態(tài)的線程，如果運行結束，就會在線程的最后部分執(zhí)行 rt_thread_exit() 函數(shù)，將狀態(tài)更改為關閉狀態(tài)。

線程相關的API

創(chuàng)建和刪除線程

一個線程要成為可執(zhí)行的對象，就必須由操作系統(tǒng)的內(nèi)核來為它創(chuàng)建一個線程?？梢酝ㄟ^如下的接口創(chuàng)建一個動態(tài)線程：

rt_thread_trt_thread_create(constchar*name,
void(*entry)(void*parameter),
void*parameter,
rt_uint32_tstack_size,
rt_uint8_tpriority,
rt_uint32_ttick);

調用這個函數(shù)時，系統(tǒng)會從動態(tài)堆內(nèi)存中分配一個線程句柄以及按照參數(shù)中指定的棧大小從動態(tài)堆內(nèi)存中分配相應的空間。分配出來的?？臻g是按照 rtconfig.h 中配置的 RT_ALIGN_SIZE 方式對齊。線程創(chuàng)建 rt_thread_create() 的參數(shù)和返回值見下圖：

對于一些使用 rt_thread_create() 創(chuàng)建出來的線程，當不需要使用，或者運行出錯時，我們可以使用下面的函數(shù)接口來從系統(tǒng)中把線程完全刪除掉：

rt_err_trt_thread_delete(rt_thread_tthread);

初始化和脫離線程

線程的初始化可以使用下面的函數(shù)接口完成，來初始化靜態(tài)線程對象：

rt_err_trt_thread_init(structrt_thread*thread,
constchar*name,
void(*entry)(void*parameter),void*parameter,
void*stack_start,rt_uint32_tstack_size,
rt_uint8_tpriority,rt_uint32_ttick);

靜態(tài)線程的線程句柄（或者說線程控制塊指針）、線程棧由用戶提供。靜態(tài)線程是指線程控制塊、線程運行棧一般都設置為全局變量，在編譯時就被確定、被分配處理，內(nèi)核不負責動態(tài)分配內(nèi)存空間。需要注意的是，用戶提供的棧首地址需做系統(tǒng)對齊（例如 ARM 上需要做 4 字節(jié)對齊）。線程初始化接口 rt_thread_init() 的參數(shù)和返回值見下表：

對于用 rt_thread_init() 初始化的線程，使用 rt_thread_detach() 將使線程對象在線程隊列和內(nèi)核對象管理器中被脫離。線程脫離函數(shù)如下：

rt_err_trt_thread_detach(rt_thread_tthread);

啟動線程

創(chuàng)建（初始化）的線程狀態(tài)處于初始狀態(tài)，并未進入就緒線程的調度隊列，我們可以在線程初始化 / 創(chuàng)建成功后調用下面的函數(shù)接口讓該線程進入就緒態(tài)：

rt_err_trt_thread_startup(rt_thread_tthread);

...還有其他一些線程API，就不再一一贅述了，可以在RT-Thread官網(wǎng)查看

創(chuàng)建任務

上面對線程的介紹，羅里吧嗦的說了一大堆，接下來一起實戰(zhàn)來看看，如何創(chuàng)建并運行任務

創(chuàng)建任務實現(xiàn)多任務點燈

根據(jù)創(chuàng)建任務的API

rt_thread_trt_thread_create(constchar*name,
void(*entry)(void*parameter),
void*parameter,
rt_uint32_tstack_size,
rt_uint8_tpriority,
rt_uint32_ttick);

來創(chuàng)建我們的2個任務：

/**
******************************************************************************
*@filert_user_task.c
*@brief用戶任務文件
*
******************************************************************************
*@attention
*
* Copyright (c) 2022 公眾號：小飛哥玩嵌入式.
*Allrightsreserved.
* Author：小飛哥
*
*****************************************************************************/

/*Includes------------------------------------------------------------------*/
#include"main.h"
#include
#include"rt_user_task.h"
/*Privatetypedef-----------------------------------------------------------*/

/*Privatedefine------------------------------------------------------------*/
#defineTHREAD1_PRIORITY27//線程
#defineTHREAD_STACK_SIZE512//線程棧深度
#defineTHREAD_TIMESLICE5//線程的時間片


#defineTHREAD2_PRIORITY26//線程
/*Privatemacro-------------------------------------------------------------*/

/*Privatevariables---------------------------------------------------------*/

/*Privatefunctionprototypes-----------------------------------------------*/

/*Privateusercode---------------------------------------------------------*/

/**
*@functionrt_ledflash_entry
*@author:小飛哥玩嵌入式-小飛哥
*@TODO:LED控制線程
*@param:
*@return:NULL
*/
staticvoidrt_led1_flash_entry(void*parameter)
{
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin);
rt_kprintf("LED1TaskisRunning!
");
rt_thread_mdelay(500);
}
}
/**
*@functionrt_led2flash_entry
*@author:小飛哥玩嵌入式-小飛哥
*@TODO:LED控制線程
*@param:
*@return:NULL
*/
staticvoidrt_led2_flash_entry(void*parameter)
{
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin);
rt_kprintf("LED2TaskisRunning!
");
rt_thread_mdelay(500);
}
}
/**
*@functionrt_user_thread_entry
*@author:小飛哥玩嵌入式-小飛哥
*@TODO:創(chuàng)建線程
*@param:
*@return:NULL
*/

intrt_user_thread_entry(void)
{
staticrt_thread_tresult=RT_NULL;
/*創(chuàng)建一個線程，名稱是rt_ledflash,入口是rt_ledflash_entry*/
result=rt_thread_create("rt_led1flash",rt_led1_flash_entry,
NULL,
THREAD_STACK_SIZE,
THREAD1_PRIORITY,
THREAD_TIMESLICE);
if(result!=RT_NULL)//線程創(chuàng)建成功
{
rt_thread_startup(result);
}
else
{
rt_kprintf("
rt_led1flashthreadcreatefailed
");
}
/*創(chuàng)建一個線程，名稱是rt_ledflash,入口是rt_ledflash_entry*/
result=rt_thread_create("rt_led2flash",rt_led2_flash_entry,
NULL,
THREAD_STACK_SIZE,
THREAD2_PRIORITY,
THREAD_TIMESLICE);
if(result!=RT_NULL)//線程創(chuàng)建成功
{
rt_thread_startup(result);
}
else
{
rt_kprintf("
rt_led2flashthreadcreatefailed
");
}
return0;
}

上面創(chuàng)建了兩個任務，rt-thread任務的數(shù)值越小優(yōu)先級是越高的，我們設置任務1的優(yōu)先級為27，任務2的優(yōu)先級為26，按照優(yōu)先級設置規(guī)則，任務2的優(yōu)先級是比較高的，接下來我們通過打印的方式（LED就不展示啦）來看看是不是按照我們的優(yōu)先級去執(zhí)行，可以看到，任務2的優(yōu)先級是比較任務1高的

然后我們測試下同一個優(yōu)先級情況下會發(fā)生什么，不出意外的話，應該是先執(zhí)行先創(chuàng)建的任務，下圖也可以看到，確實如此

至此，本節(jié)教程就完了，講的還是比較粗略的，LED就不展示啦，希望對小伙們有所幫助哈！

審核編輯：湯梓紅