FreeRTOS串口中斷接收不定長的數據與二值信號量的使用

基礎知識點

串口中斷種類

串口中斷屬于STM32本身的資源，不涉及到FreeRTOS，但可與FreeRTOS配合使用。

串口接收中斷

中斷標志為：USART_IT_RXNE，即rx none empty，串口只要接收到數據就觸發中斷，如果是接收一個字符串，則每接收到一個字符就觸發一次中斷。

串口空閑中斷

中斷標志為：USART_IT_IDLE，idle即空閑的意思，串口空閑時觸發的中斷，當然也不是說串口空閑時就一直觸發中斷，而實在每個連續的接收完成后，觸發中斷，如果是接收一個字符串，則接收完整個字符串后，觸發一次中斷。

所以，這兩個中斷可以配合使用，串口接收中斷實時接收數據，接受完一串數據后，空閑中斷被觸發，就可以對接收的一串數據分析處理了。這種方式不需要知道每次字符串的具體長度，因而可以接收不定長的串口數據。

信號量

FreeRTOS中的信號量是一種任務間通信的方式，信號量包括：二值信號量、互斥信號量、計數信號量，本次只使用二值信號量。

二值信號量

二值信號量只有兩種狀態，可以先通俗的理解為它就是個標志，0或1。信號量用于任務間的同步，FreeRTOS是多任務系統，不同任務間可能需要某種同步關系，如串口中斷接收完數據后，數據分析處理任務才能拿到數據進行分析，這就是一種同步。

信號量的基本操作有獲取信號量和釋放信號量，例如：數據分析處理任務需要處理串口數據時，可先嘗試獲取信號量，若獲取不到，也就是信號量是0，則先進入阻塞等待，等待超時可先跳出，之后繼續嘗試獲取信號量。串口空閑中斷接受完一串數據后，可執行釋放信號量操作，這時，數據分析處理任務就可以獲取到信號量，進而可以處理串口數據了，實現了串口數據接收與數據處理的同步。

接下來的程序思路如下：

API函數

創建二值信號量xSemaphoreCreateBinary()

函數原型(tasks.c中):

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void )

返回值：

SemaphoreHandle_t：創建成功的二值信號量句柄，失敗返回NULL

釋放信號量xSemaphoreGive()

函數原型(tasks.c中):

BaseType_t xSemaphoreGive( SemaphoreHandle_t xSemaphore )

參數：

xSemaphore：要釋放的信號量句柄

返回值：

釋放成功返回pdPASS，失敗返回errQUEUE_FULL

釋放信號量(中斷函數中)xSemaphoreGiveFromISR()

BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                                  BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken)

參數：

xSemaphore：同上

pxHigherPriorityTaskWoken：標記退出此函數后是否需要進行任務切換

返回值：

同上

獲取信號量xSemaphoreTake()

函數原型(tasks.c中):

BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                           TickType_t xBlockTime)

參數：

xSemaphore：要釋放的信號量句柄

xBlockTime：阻塞時間

返回值：

獲取成功返回pdTRUE，失敗返回pdFALSE

獲取信號量(中斷函數中)xSemaphoreTakeFromISR()

BaseType_t xSemaphoreTakeFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
                                  BaseType_t* pxHigherPriorityTaskWoken)

參數：

xSemaphore：同上

pxHigherPriorityTaskWoken：標記退出此函數后是否需要進行任務切換

返回值：

同上

編程要點

串口中斷與釋放信號量

串口配置時記得開啟兩個中斷。

//=======================================
//初始化IO 串口1 
//bound:波特率
//=======================================
void uart_init(u32 bound)
{
	//GPIO端口設置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA時鐘
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1時鐘

	//串口1對應引腳復用映射
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); //GPIOA9復用為USART1
	GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); //GPIOA10復用為USART1

	//USART1端口配置
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; //GPIOA9與GPIOA10
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//復用功能
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;	//速度50MHz
	GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽復用輸出
	GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA9，PA10

	//USART1 初始化設置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率設置
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字長為8位數據格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一個停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無奇偶校驗位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數據流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收發模式
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

	USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1 

	USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_TC);
	
#if EN_USART1_RX	
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//開啟相關中斷
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);

	//Usart1 NVIC 配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//串口1中斷通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=8;//搶占優先級8
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;		//子優先級0
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根據指定的參數初始化VIC寄存器

#endif
	
}

中斷服務函數的串口空閑中斷，清除標志位只能通過先讀SR寄存器，再讀DR寄存器清除！

中斷中使用信號量釋放要使用ISR結尾的函數xSemaphoreGiveFromISR，否則程序就卡住了。

//=======================================
//串口1中斷服務程序
//=======================================
void USART1_IRQHandler(void)                	
{
	uint8_t data;//接收數據暫存變量
	BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;

	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中斷
	{
		data =USART_ReceiveData(USART1);   			
		Recv[rx_cnt++]=data;//接收的數據存入接收數組 
		
		USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
	} 
	
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)//空閑中斷
	{
		if(uartSemaphore!=NULL)
		{
			//釋放二值信號量
			xSemaphoreGiveFromISR(uartSemaphore,&xHigherPriorityTaskWoken);	//釋放二值信號量
		}
		portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的話進行一次任務切換
		
		data = USART1->SR;//串口空閑中斷的中斷標志只能通過先讀SR寄存器，再讀DR寄存器清除！
		data = USART1->DR;
		//USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_IDLE);//這種方式無效
	
		//rx_cnt=0;
	}
} 

獲取信號量

編寫一個任務來實現串口數據的獲取，該任務不斷嘗試獲取信號量，獲取成功后，對數據進行處理。

獲取信號量xSemaphoreTake，阻塞(等待時間)10ms，獲取不到信號量則向下執行，每個任務都是一個死循環，馬上又會進行信號量獲取。

//打印任務函數
void print_task(void *pvParameters)
{
	int count=0;
	BaseType_t err = pdFALSE;
	
	int size=50;
	uint8_t buf[64];//最多只取前64個數據

	//清空本地接收數組
	memset(buf,0,size);
	
	while(1)
	{
		err=xSemaphoreTake(uartSemaphore,10);	//獲取信號量
		if(err==pdTRUE)							//獲取信號量成功
		{  
			//printf("%s",Data);
			if(rx_cnt < size)//收到的數據長度在size范圍內
			{
				//void *memcpy(void *str1, const void *str2, size_t n)  
				//從存儲區 str2 復制 n 個字節到存儲區 str1。
				memcpy(buf,Recv,rx_cnt);//有幾個復制幾個
				count=rx_cnt;
				//printf("%srn", buf);
			}
			else//收到的數據長度太長了
			{
				memcpy(buf,Recv,size);//只復制size個
				count=size;
			}
			rx_cnt=0;
		}
		
		if(count>0)
		{
			count=0;
			printf("receive:%s",buf);
			
			//------------------------------------------------------------------------------
			//這里可以繼續對buf進行分析和處理，比如根據buf的不同內容執行不同的小任務

		}
	}
}

一個小應用

結合之前文章介紹的字符串操作的相關知識：，可以對“命令+參數”型的字符串數據進行處理。

//先判斷指令名稱
char *cmd;//表示命令
char *paras;//表示命令后的參數
cmd = strtok_r((char*)buf, " ", ?s);//這里有點小問題，不帶參數的命令，后面需要一個空格

char *ret;
int i;
for (i = 0; i < N;i++)
{
    ret = strstr(struct_dostr1[i].name, cmd);
    if(ret!=NULL)
    {
//        printf("find cmd in funname[%d]rn", i);
        break;
    }
}
if(i==N)
{
    printf("can't find cmd in funname[]rn");
}
else
{				
    //是有效的指令，繼續判斷后續參數
    char* para[4]={0};//限定最多接收4個參數
    para[0] = strtok(paras, " ");
    int j= 1;
    while(paras != NULL)//這里有點小問題，不可以提前結束
    {
        para[j++] = strtok(NULL, " ");
        if(j==4)
            break;
    }

    //執行對應的函數
    struct_dostr1[i].fun(para);
}

最后的函數執行，是通過定義一個結構體，將字符命令與函數指針對應起來：

#define N 2
typedef struct struct_dostr
{
char name[32];
int (*fun)(char *argv[]);
}struct_dostr;
	
struct_dostr struct_dostr1[N]={
{"hello",hello},
{"led",  led},	
};

int hello(char* p[])
{
	printf("hello~~~~~~~~~~rn");
	return 0;
}

int led(char* p[])
{
	int p0,p1;
	p0=atoi(p[0]);
	p1=atoi(p[1]);
	
	printf("get led: %d, %drn",p0,p1);
	return 0;
}

實驗結果

通過串口發送hello或led 80 5，可以看到想要的處理結果：

receive:hello  

hello~~~~~~~~~~

receive:led 80 5

get led: 80, 5

審核編輯：湯梓紅