FreeRTOS 互斥异常行为
FreeRTOS Mutex Unexpected behaviour
#include "main.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"
#include "task.h"
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);
void Task1(void *argument);
void Task2(void *argument);
void PrintMsg(char *data);
/* USER CODE BEGIN PFP */
SemaphoreHandle_t hMutex = NULL;
TaskHandle_t hTask1 = NULL;
TaskHandle_t hTask2 = NULL;
UART_HandleTypeDef huart2;
int main(void) {
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART2_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
xTaskCreate(Task1, "Task 1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &hTask1);
xTaskCreate(Task2, "Task 2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &hTask2);
/* USER CODE END 2 */
hMutex = xSemaphoreCreateMutex();
if (hMutex == NULL) {
PrintMsg("Mutex not created\r\n");
} else {
PrintMsg("Mutex created\r\n");
}
vTaskStartScheduler();
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1) {
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
void Task1(void *argument) {
/* USER CODE BEGIN 5 */
/* Infinite loop */
for (;;) {
if (xSemaphoreTake(hMutex,2000) == pdTRUE) {
PrintMsg("Shared Resource Start and Executing Task 1\r\n");
xSemaphoreGive(hMutex);
PrintMsg("Shared Resource End and Executing Task 1\r\n");
vTaskDelay(100);
} else {
PrintMsg("Task 1 Didn't get access to shared resource\r\n");
}
}
/* USER CODE END 5 */
}
void Task2(void *argument) {
/* USER CODE BEGIN 5 */
/* Infinite loop */
for (;;) {
if (xSemaphoreTake(hMutex,2000) == pdTRUE) {
PrintMsg("Shared Resource Start and Executing Task 2\r\n");
//xSemaphoreGive(hMutex);
PrintMsg("Shared Resource End and Executing Task 2\r\n");
vTaskDelay(100);
} else {
PrintMsg("Task 2 Didn't get access to shared resource\r\n");
}
}
/* USER CODE END 5 */
}
void PrintMsg(char *data) {
int i = 0;
while (*(data + i) != '[=10=]') {
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) &data[i], 1, 0xFF);
i++;
}
}
硬件 USED:STM32F446RE
当我运行这段代码时,我得到如下输出
//输出开始
已创建互斥锁
共享资源启动并执行任务 1
共享资源结束并执行任务 1
任务 2 无法访问共享资源
任务 1 DiTask 2 没有访问共享资源
任务 1 没有访问共享资源
任务 2 没有访问共享资源
.
.
//输出结束
问题1)
考虑到 Task1 被首先安排,因为 Task1 和 2 的优先级相同。
Task1 正确执行。
在此之后,任务 2 已安排但无法获取互斥体,因此我得到的输出为“任务 2 未获得对共享资源的访问权限”。为什么会这样?
问题2)
“Task 1 DiTask 2 Didn’t get access to shared resource”这一行,似乎 Task1 正在执行,但它被 Task2 抢占了,这应该不会发生,因为两个任务具有相同的优先级??
Q1:这里可能的解释是,您被相互竞争的任务覆盖彼此的缓冲 UART 输出所愚弄。 UART慢,任务切换快:)
Task1打印“Shared Resource Start and Executing Task 1”并第一次释放mutex后,调度器立即切换到Task2(可能是因为Task1用完了它的时隙?)。 Task2 获取互斥量,迅速将其两条消息吐入 UART 缓冲区并进入睡眠 100 个时钟周期。调度程序立即切换回 Task1,但不幸的是,来自 Task2 的缓冲消息尚未到达 UART 输出。在打印单个字节的 Task2-s 消息之前,UART 缓冲区被消息“Shared Resource End and Executing Task 1”覆盖。
之后整个进程停止,因为您还没有释放 Task2 中的互斥量。
Q2:当调度程序决定时,具有相同优先级的任务会被彼此抢占(通常是在它们进入睡眠状态或用完它们的时隙时)
我推荐这个 tutorial/book 第 3 章,因为它很好地解释了任务的工作原理。
USART 是一个资源,因此如果没有同步机制(如互斥锁),它不能被两个任务共享。您对 PrintMsg()
的使用违反了此规则。
调度程序 运行 频率为 configTICK_RATE_HZ
。如果 configUSE_TIME_SLICING
是 1
(或未定义),调度程序会在优先级相同的任务之间切换。如果您不想要此默认行为,请将 configUSE_TIME_SLICING
设置为 0
。
请记住,您的 configTICK_RATE_HZ
设置 1000
给每项任务最多 ~1 毫秒 运行时间,除非没有其他任务准备 运行.更高优先级的任务也可以在 1 毫秒过去之前抢占它。使用 115200 波特率,您可以在这 ~1 毫秒的时间段内发送 ~10 个字节左右。
#include "main.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"
#include "task.h"
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);
void Task1(void *argument);
void Task2(void *argument);
void PrintMsg(char *data);
/* USER CODE BEGIN PFP */
SemaphoreHandle_t hMutex = NULL;
TaskHandle_t hTask1 = NULL;
TaskHandle_t hTask2 = NULL;
UART_HandleTypeDef huart2;
int main(void) {
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART2_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
xTaskCreate(Task1, "Task 1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &hTask1);
xTaskCreate(Task2, "Task 2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &hTask2);
/* USER CODE END 2 */
hMutex = xSemaphoreCreateMutex();
if (hMutex == NULL) {
PrintMsg("Mutex not created\r\n");
} else {
PrintMsg("Mutex created\r\n");
}
vTaskStartScheduler();
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1) {
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
void Task1(void *argument) {
/* USER CODE BEGIN 5 */
/* Infinite loop */
for (;;) {
if (xSemaphoreTake(hMutex,2000) == pdTRUE) {
PrintMsg("Shared Resource Start and Executing Task 1\r\n");
xSemaphoreGive(hMutex);
PrintMsg("Shared Resource End and Executing Task 1\r\n");
vTaskDelay(100);
} else {
PrintMsg("Task 1 Didn't get access to shared resource\r\n");
}
}
/* USER CODE END 5 */
}
void Task2(void *argument) {
/* USER CODE BEGIN 5 */
/* Infinite loop */
for (;;) {
if (xSemaphoreTake(hMutex,2000) == pdTRUE) {
PrintMsg("Shared Resource Start and Executing Task 2\r\n");
//xSemaphoreGive(hMutex);
PrintMsg("Shared Resource End and Executing Task 2\r\n");
vTaskDelay(100);
} else {
PrintMsg("Task 2 Didn't get access to shared resource\r\n");
}
}
/* USER CODE END 5 */
}
void PrintMsg(char *data) {
int i = 0;
while (*(data + i) != '[=10=]') {
HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) &data[i], 1, 0xFF);
i++;
}
}
硬件 USED:STM32F446RE
当我运行这段代码时,我得到如下输出
//输出开始
已创建互斥锁
共享资源启动并执行任务 1
共享资源结束并执行任务 1
任务 2 无法访问共享资源
任务 1 DiTask 2 没有访问共享资源
任务 1 没有访问共享资源
任务 2 没有访问共享资源 . .
//输出结束
问题1)
考虑到 Task1 被首先安排,因为 Task1 和 2 的优先级相同。 Task1 正确执行。
在此之后,任务 2 已安排但无法获取互斥体,因此我得到的输出为“任务 2 未获得对共享资源的访问权限”。为什么会这样?
问题2)
“Task 1 DiTask 2 Didn’t get access to shared resource”这一行,似乎 Task1 正在执行,但它被 Task2 抢占了,这应该不会发生,因为两个任务具有相同的优先级??
Q1:这里可能的解释是,您被相互竞争的任务覆盖彼此的缓冲 UART 输出所愚弄。 UART慢,任务切换快:)
Task1打印“Shared Resource Start and Executing Task 1”并第一次释放mutex后,调度器立即切换到Task2(可能是因为Task1用完了它的时隙?)。 Task2 获取互斥量,迅速将其两条消息吐入 UART 缓冲区并进入睡眠 100 个时钟周期。调度程序立即切换回 Task1,但不幸的是,来自 Task2 的缓冲消息尚未到达 UART 输出。在打印单个字节的 Task2-s 消息之前,UART 缓冲区被消息“Shared Resource End and Executing Task 1”覆盖。
之后整个进程停止,因为您还没有释放 Task2 中的互斥量。
Q2:当调度程序决定时,具有相同优先级的任务会被彼此抢占(通常是在它们进入睡眠状态或用完它们的时隙时)
我推荐这个 tutorial/book 第 3 章,因为它很好地解释了任务的工作原理。
USART 是一个资源,因此如果没有同步机制(如互斥锁),它不能被两个任务共享。您对 PrintMsg()
的使用违反了此规则。
调度程序 运行 频率为 configTICK_RATE_HZ
。如果 configUSE_TIME_SLICING
是 1
(或未定义),调度程序会在优先级相同的任务之间切换。如果您不想要此默认行为,请将 configUSE_TIME_SLICING
设置为 0
。
请记住,您的 configTICK_RATE_HZ
设置 1000
给每项任务最多 ~1 毫秒 运行时间,除非没有其他任务准备 运行.更高优先级的任务也可以在 1 毫秒过去之前抢占它。使用 115200 波特率,您可以在这 ~1 毫秒的时间段内发送 ~10 个字节左右。