第21章 RL-TCPnet之高效的事件触发框架
本章节为大家讲解高效的事件触发框架实现方法，BSD Socket编程和后面章节要讲解到的FTP、TFTP和HTTP等都非常适合使用这种方式。实际项目中也推荐大家采用这种方式，不过仅适用于RTOS环境，比如RTX、FreeRTOS或者uCOS-III均可，裸机方式不支持。
另外，前面章节讲解的TCP和UDP的原始socket使用这种方式不太方便，因为应用程序的编写会变的稍麻烦，不像BSD Socket那么省事。
21.1 初学者重要提示
21.2 高效的事件触发框架说明
21.3 RTX系统实例修改方法
21.4 uCOS-III系统实例修改方法
21.5 FreeRTOS系统实例修改方法
21.6 实验操作和实验例程说明
21.7 总结
21.1 初学者重要提示
- 实际项目中强烈推荐大家采用这种方式，不过仅适用于RTOS环境，比如RTX、FreeRTOS或者uCOS-III均可。后面章节配套的例子，基本也都采用这种方式。
- 前面章节讲解的TCP和UDP的原始socket使用这种方式不太方便，因为应用程序的编写会变的稍麻烦，不像BSD Socket这么省事。
21.2 高效的事件触发框架说明
讲解高效的事件触发框架之前，先看下没有使用事件触发方式时，ping的响应速度，以例程：V6-1024_RL-TCPnet实验_BSD Socket服务器之TCP（RTX）为例进行说明：
下面是使用了事件触发方式时，ping的响应速度，以例程：V6-1030_RL-TCPnet实验_高效的事件触发框架（RTX）为例进行说明：
从上面的两个响应速度的对比中，可以看出，使用了时间触发方式的例子，响应速度都在1ms以下，效果还是非常明显的。
前面章节配套的例子里面，响应速度慢，是因为我们都是周期性的调用RL-TCPnet的主处理函数main_TcpNet()，比如前面BSD Socket服务器章节配套的例子中：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskTCPMain * 功能说明: RL-TCPnet网络主任务 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 * 优 先 级: 5 ********************************************************************************************************* */ __task void AppTaskTCPMain(void) { while (1) { /* RL-TCPnet处理函数 */ main_TcpNet(); os_dly_wait(2); } }
这种方式有如下两个缺点：
- 没有网络通信时也要周期性的执行。
- 实时响应差，因为在延迟的这段时间内有网络数据包的话，数据包得不到及时的处理。
另外特别注意一点，一些不理解的读者会问，我们的底层函数里面不是有以太网中断吗，为什么还会不能实时性响应呢？根本的原因就在，虽然有以太网中断，但是中断后，RL-TCPent的主处理函数main_TcpNet()不能得到及时的执行，所以我们要解决的就是让主处理函数得到实时执行。
用户通过修改以下几个地方就可以实现：
- 修改ETH_STM32F4xx.c文件中的函数send_frame。
- 修改ETH_STM32F4xx.c文件中的以太网中断函数。
- 修改RL-TCPnet的时间基准更新任务。
- 修改RL-TCPnet的网络主任务，函数main_TcpNet的调用不再采用轮询方式，改成事件标志等待方式。
下面针对RTX、uCOS-III和FreeRTOS操作系统分别做讲解：
21.3 RTX系统实例修改方法
下面针对RTX系统要做的具体修改做个说明，我们以例程：V6-1024_RL-TCPnet实验_BSD Socket服务器之TCP（RTX）为例。通过修改函数send_frame，以太网中断和时间基准更新任务都给网络主任务发事件标志，让其得到实时执行，从而实现高效的事件触发框架。
21.3.1 修改函数send_frame
修改ETH_STM32F4xx.c文件中的函数send_frame，此函数的末尾添加事件标志函数os_evt_set(0x0001, HandleTaskTCPMain);
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: send_frame * 功能说明: 传递数据帧给MAC DMA发送描述符，并使能发送。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ extern OS_TID HandleTaskTCPMain; void send_frame (OS_FRAME *frame) { U32 *sp,*dp; U32 i,j; j = TxBufIndex; /* 等待上一帧数据发送完成 */ while (Tx_Desc[j].CtrlStat & DMA_TX_OWN); sp = (U32 *)&frame->data[0]; dp = (U32 *)(Tx_Desc[j].Addr & ~3); /* 复制要发送的数据到DMA发送描述符中 */ for (i = (frame->length + 3) >> 2; i; i--) { *dp++ = *sp++; } /* 设置数据帧大小 */ Tx_Desc[j].Size = frame->length; /* 发送描述符由DMA控制发送 */ Tx_Desc[j].CtrlStat |= DMA_TX_OWN; if (++j == NUM_TX_BUF) j = 0; TxBufIndex = j; /* 开始帧传输 */ /* DMASR 以太网 DMA 状态寄存器 向ETH_DMASR寄存器[16:0]中的（未保留）位写入1会将其清零，写入 0 则不起作用。 位1 TPSS：发送过程停止状态 (Transmit process stopped status) 当发送停止时，此位置 1。 */ ETH->DMASR = DSR_TPSS; /* DMATPDR 以太网DMA发送轮询请求寄存器 应用程序使用此寄存器来指示DMA轮询发送描述符列表。 位 31:0 TPD：发送轮询请求(Transmit poll demand) 向这些位写入任何值时，DMA都会读取ETH_DMACHTDR寄存器指向的当前描述符。如果 该描述符不可用（由CPU所有），则发送会返回到挂起状态，并将ETH_DMASR寄存器位2 进行置位。如果该描述符可用，则发送会继续进行。 */ ETH->DMATPDR = 0; os_evt_set(0x0001, HandleTaskTCPMain); }
21.3.2 修改以太网中断函数
修改ETH_STM32F4xx.c文件中的以太网中断函数，此函数的末尾添加事件标志函数：isr_evt_set(0x0001, HandleTaskTCPMain);
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: ETH_IRQHandler * 功能说明: 以太网中断，主要处理从MAC DMA接收描述符接收到的数据帧以及错误标志的处理。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void ETH_IRQHandler (void) { OS_FRAME *frame; U32 i, RxLen; U32 *sp,*dp; i = RxBufIndex; /* 循环所有接受描述符列表，遇到未接收到数据的退出循环 */ do { /* #define DMA_RX_ERROR_MASK (DMA_RX_ES | DMA_RX_LE | DMA_RX_RWT | DMA_RX_RE | DMA_RX_CE) 有错误，放弃此帧数据，错误类型包含如下： 位15 DMA_RX_ES：错误汇总(Error summary)，即CRC错误，接收错误，看门狗超时，延迟冲突等。 位12 DMA_RX_LE：长度错误(Length error) 该位置1时，指示接收帧的实际长度与长度/类型字段的值不符。该字段仅在帧类 型位(RDES0[5])复位后有效。 位4 DMA_RX_RWT：接收看门狗超时 (Receive watchdog timeout) 该位置1时，表示接收看门狗计时器在接收当前帧时超时，且当前帧在看门狗超 时后被截断了 位3 DMA_RX_RE： 接收错误 (Receive error) 该位置1时，表示在帧接收期间，当发出RX_DV信号时，会发出RX_ERR信号。 位1 DMA_RX_CE： CRC 错误(CRC error) 该位置1时，表示接收的帧发生循环冗余校验(CRC)错误。只有最后一个描述符 (RDES0[8])置1时，该字段才有效 */ if (Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_ERROR_MASK) { goto rel; } /* #define DMA_RX_SEG_MASK (DMA_RX_FS | DMA_RX_LS) 位9 FS：第一个描述符 (First descriptor) 该位置1时，指示此描述符包含帧的第一个缓冲区。如果第一个缓冲区的大小为0，则第二 个缓冲区将包含帧的帧头。如果第二个缓冲区的大小为0，则下一个描述符将包含帧的帧头。 位8 LS：最后一个描述符 (Last descriptor) 该位置1时，指示此描述符指向的缓冲区为帧的最后一个缓冲区。 下面的函数用于判断此帧数据是否只有一个缓冲，初始化接收描述符列表的时候，每个描述符仅设置了 一个缓冲。 */ if ((Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_SEG_MASK) != DMA_RX_SEG_MASK) { goto rel; } RxLen = ((Rx_Desc[i].Stat >> 16) & 0x3FFF) - 4; if (RxLen > ETH_MTU) { /* 数据包太大，直接放弃 */ goto rel; } /* 申请动态内存，RxLen或上0x80000000表示动态内存不足了不会调用函数sys_error() */ frame = alloc_mem (RxLen | 0x80000000); /* 如果动态内存申请失败了，放弃此帧数据；成功了，通过函数put_in_queue存入队列中 */ if (frame != NULL) { sp = (U32 *)(Rx_Desc[i].Addr & ~3); dp = (U32 *)&frame->data[0]; for (RxLen = (RxLen + 3) >> 2; RxLen; RxLen--) { *dp++ = *sp++; } put_in_queue (frame); } /* 设置此接收描述符继续接收新的数据 */ rel: Rx_Desc[i].Stat = DMA_RX_OWN; if (++i == NUM_RX_BUF) i = 0; } while (!(Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_OWN)); RxBufIndex = i; /* DMASR DMA的状态寄存器（DMA status register） 位7 RBUS：接收缓冲区不可用状态 (Receive buffer unavailable status) 此位指示接收列表中的下一个描述符由CPU所拥有，DMA无法获取。接收过程进入挂起状态。 要恢复处理接收描述符，CPU应更改描述符的拥有关系，然后发出接收轮询请求命令。如果 未发出接收轮询请求命令，则当接收到下一个识别的传入帧时，接收过程会恢复。仅当上一 接收描述符由DMA所拥有时，才能将ETH_DMASR[7]置1。 DMAIER的接收缓冲区不可用中断RBUIE是bit7，对于的接收缓冲区不可用状态在DMA状态寄存器中也是bit7。 */ if (ETH->DMASR & INT_RBUIE) { /* 接收缓冲区不可用，重新恢复DMA传输 */ ETH->DMASR = ETH_DMASR_RBUS; ETH->DMARPDR = 0; } /* DMASR DMA的状态寄存器（DMA status register） 这里实现清除中断挂起标志 位16 ETH_DMASR_NIS：所有正常中断 (Normal interrupt summary) 位15 ETH_DMASR_AIS：所有异常中断 (Abnormal interrupt summary) 位6 ETH_DMASR_RS ：接收状态 (Receive status) 此位指示帧接收已完成，具体的帧状态信息已经包含在描述符中，接收仍保持运行状态。 */ ETH->DMASR = ETH_DMASR_NIS | ETH_DMASR_AIS | ETH_DMASR_RS; isr_evt_set(0x0001, HandleTaskTCPMain); }
21.3.3 修改RL-TCPnet的时间基准更新任务
修改RL-TCPnet的时间基准更新任务，添加事件标志函数os_evt_set(0x0001, HandleTaskTCPMain);
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskStart * 功能说明: 启动任务，也是最高优先级任务，这里实现RL-TCPnet的时间基准更新。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 * 优 先 级: 6 ********************************************************************************************************* */ __task void AppTaskStart(void) { /* 初始化RL-TCPnet */ init_TcpNet (); /* 创建任务 */ AppTaskCreate(); os_itv_set (100); while(1) { os_itv_wait (); /* RL-TCPnet时间基准更新函数 */ timer_tick (); os_evt_set(0x0001, HandleTaskTCPMain); } }
21.3.4 修改RL-TCPnet的网络主任务
修改RL-TCPnet的网络主任务，函数main_TcpNet的调用不再采用轮询方式，改成事件标志等待方式，即修改为如下形式：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskTCPMain * 功能说明: RL-TCPnet网络主任务 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 * 优 先 级: 5 ********************************************************************************************************* */ __task void AppTaskTCPMain(void) { while (1) { /* RL-TCPnet处理函数 */ os_evt_wait_and(0x0001, 0xFFFF); while (main_TcpNet() == __TRUE); } }
21.3.5 最后特别注意优先级安排
最后，用户要特别注意几个任务的优先级安排，非常重要。
- RL-TCPnet的时间基准更新任务一定要是最高优先级任务。
- RL-TCPnet的网络主任务，即调用函数main_TcpNet的任务是次高优先级任务。
- 应用层的任务要比前面两个任务的优先级都低。
21.4 uCOS-III系统实例修改方法
下面针对uCOS-III系统要做的具体修改做个说明，我们以例程：V6-1025_RL-TCPnet实验_BSD Socket服务器之TCP（uCOS-III）为例。通过修改函数send_frame，以太网中断和时间基准更新任务都给网络主任务发事件标志，让其得到实时执行，从而实现高效的事件触发框架。
21.4.1 创建事件标志组
创建uCOS-III的事件标志组：
OS_FLAG_GRP FLAG_TCPnet; /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppObjCreate * 功能说明: 创建任务通讯 * 形 参: p_arg 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void AppObjCreate (void) { OS_ERR err; /* 创建事件标志组 */ OSFlagCreate ((OS_FLAG_GRP *)&FLAG_TCPnet, (CPU_CHAR *)"FLAG TCPnet", (OS_FLAGS )0, (OS_ERR *)&err); }
21.4.2 修改函数send_frame
修改ETH_STM32F4xx.c文件中的函数send_frame，此函数的末尾添加事件标志函数OSFlagPost（宏定义uCOS_EN在bsp.h文件里面使能，针对教程配套例子做的定义，方便管理。大家自己搞时，不必受此限制）。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: send_frame * 功能说明: 传递数据帧给MAC DMA发送描述符，并使能发送。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void send_frame (OS_FRAME *frame) { U32 *sp,*dp; U32 i,j; #if uCOS_EN == 1 OS_ERR err; #endif j = TxBufIndex; /* 等待上一帧数据发送完成 */ while (Tx_Desc[j].CtrlStat & DMA_TX_OWN); sp = (U32 *)&frame->data[0]; dp = (U32 *)(Tx_Desc[j].Addr & ~3); /* 复制要发送的数据到DMA发送描述符中 */ for (i = (frame->length + 3) >> 2; i; i--) { *dp++ = *sp++; } /* 设置数据帧大小 */ Tx_Desc[j].Size = frame->length; /* 发送描述符由DMA控制发送 */ Tx_Desc[j].CtrlStat |= DMA_TX_OWN; if (++j == NUM_TX_BUF) j = 0; TxBufIndex = j; /* 开始帧传输 */ /* DMASR 以太网 DMA 状态寄存器 向ETH_DMASR寄存器[16:0]中的（未保留）位写入1会将其清零，写入 0 则不起作用。 位1 TPSS：发送过程停止状态 (Transmit process stopped status) 当发送停止时，此位置 1。 */ ETH->DMASR = DSR_TPSS; /* DMATPDR 以太网DMA发送轮询请求寄存器 应用程序使用此寄存器来指示DMA轮询发送描述符列表。 位 31:0 TPD：发送轮询请求(Transmit poll demand) 向这些位写入任何值时，DMA都会读取ETH_DMACHTDR寄存器指向的当前描述符。如果 该描述符不可用（由CPU所有），则发送会返回到挂起状态，并将ETH_DMASR寄存器位2 进行置位。如果该描述符可用，则发送会继续进行。 */ ETH->DMATPDR = 0; #if uCOS_EN == 1 OSFlagPost ((OS_FLAG_GRP *)&FLAG_TCPnet, (OS_FLAGS )0x0001, (OS_OPT )OS_OPT_POST_FLAG_SET, (OS_ERR *)&err); #endif }
21.4.3 修改以太网中断函数
修改ETH_STM32F4xx.c文件中的以太网中断函数，此函数的末尾添加事件标志函数：OSFlagPost（宏定义uCOS_EN在bsp.h文件里面使能，针对教程配套例子做的定义，方便管理。大家自己搞时，不必受此限制）。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: ETH_IRQHandler * 功能说明: 以太网中断，主要处理从MAC DMA接收描述符接收到的数据帧以及错误标志的处理。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void ETH_IRQHandler (void) { OS_FRAME *frame; U32 i, RxLen; U32 *sp,*dp; #if uCOS_EN == 1 OS_ERR err; CPU_SR_ALLOC(); CPU_CRITICAL_ENTER(); OSIntEnter(); CPU_CRITICAL_EXIT(); #endif i = RxBufIndex; /* 循环所有接受描述符列表，遇到未接收到数据的退出循环 */ do { /* #define DMA_RX_ERROR_MASK (DMA_RX_ES | DMA_RX_LE | DMA_RX_RWT | DMA_RX_RE | DMA_RX_CE) 有错误，放弃此帧数据，错误类型包含如下： 位15 DMA_RX_ES：错误汇总(Error summary)，即CRC错误，接收错误，看门狗超时，延迟冲突等。 位12 DMA_RX_LE：长度错误(Length error) 该位置1时，指示接收帧的实际长度与长度/类型字段的值不符。该字段仅在帧类 型位(RDES0[5])复位后有效。 位4 DMA_RX_RWT：接收看门狗超时 (Receive watchdog timeout) 该位置1时，表示接收看门狗计时器在接收当前帧时超时，且当前帧在看门狗超 时后被截断了 位3 DMA_RX_RE： 接收错误 (Receive error) 该位置1时，表示在帧接收期间，当发出RX_DV信号时，会发出RX_ERR信号。 位1 DMA_RX_CE： CRC 错误(CRC error) 该位置1时，表示接收的帧发生循环冗余校验(CRC)错误。只有最后一个描述符 (RDES0[8])置1时，该字段才有效 */ if (Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_ERROR_MASK) { goto rel; } /* #define DMA_RX_SEG_MASK (DMA_RX_FS | DMA_RX_LS) 位9 FS：第一个描述符 (First descriptor) 该位置1时，指示此描述符包含帧的第一个缓冲区。如果第一个缓冲区的大小为0，则第二 个缓冲区将包含帧的帧头。如果第二个缓冲区的大小为0，则下一个描述符将包含帧的帧头。 位8 LS：最后一个描述符 (Last descriptor) 该位置1时，指示此描述符指向的缓冲区为帧的最后一个缓冲区。 下面的函数用于判断此帧数据是否只有一个缓冲，初始化接收描述符列表的时候，每个描述符仅设置了 一个缓冲。 */ if ((Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_SEG_MASK) != DMA_RX_SEG_MASK) { goto rel; } RxLen = ((Rx_Desc[i].Stat >> 16) & 0x3FFF) - 4; if (RxLen > ETH_MTU) { /* 数据包太大，直接放弃 */ goto rel; } /* 申请动态内存，RxLen或上0x80000000表示动态内存不足了不会调用函数sys_error() */ frame = alloc_mem (RxLen | 0x80000000); /* 如果动态内存申请失败了，放弃此帧数据；成功了，通过函数put_in_queue存入队列中 */ if (frame != NULL) { sp = (U32 *)(Rx_Desc[i].Addr & ~3); dp = (U32 *)&frame->data[0]; for (RxLen = (RxLen + 3) >> 2; RxLen; RxLen--) { *dp++ = *sp++; } put_in_queue (frame); } /* 设置此接收描述符继续接收新的数据 */ rel: Rx_Desc[i].Stat = DMA_RX_OWN; if (++i == NUM_RX_BUF) i = 0; } while (!(Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_OWN)); RxBufIndex = i; /* DMASR DMA的状态寄存器（DMA status register） 位7 RBUS：接收缓冲区不可用状态 (Receive buffer unavailable status) 此位指示接收列表中的下一个描述符由CPU所拥有，DMA无法获取。接收过程进入挂起状态。 要恢复处理接收描述符，CPU应更改描述符的拥有关系，然后发出接收轮询请求命令。如果 未发出接收轮询请求命令，则当接收到下一个识别的传入帧时，接收过程会恢复。仅当上一 接收描述符由DMA所拥有时，才能将ETH_DMASR[7]置1。 DMAIER的接收缓冲区不可用中断RBUIE是bit7，对于的接收缓冲区不可用状态在DMA状态寄存器中也是bit7。 */ if (ETH->DMASR & INT_RBUIE) { /* 接收缓冲区不可用，重新恢复DMA传输 */ ETH->DMASR = ETH_DMASR_RBUS; ETH->DMARPDR = 0; } /* DMASR DMA的状态寄存器（DMA status register） 这里实现清除中断挂起标志 位16 ETH_DMASR_NIS：所有正常中断 (Normal interrupt summary) 位15 ETH_DMASR_AIS：所有异常中断 (Abnormal interrupt summary) 位6 ETH_DMASR_RS ：接收状态 (Receive status) 此位指示帧接收已完成，具体的帧状态信息已经包含在描述符中，接收仍保持运行状态。 */ ETH->DMASR = ETH_DMASR_NIS | ETH_DMASR_AIS | ETH_DMASR_RS; #if uCOS_EN == 1 OSFlagPost ((OS_FLAG_GRP *)&FLAG_TCPnet, (OS_FLAGS )0x0001, (OS_OPT )OS_OPT_POST_FLAG_SET, (OS_ERR *)&err); OSIntExit(); #endif }
21.4.4 修改RL-TCPnet的时间基准更新任务
修改RL-TCPnet的时间基准更新任务，添加事件标志函数：OSFlagPost。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskStart * 功能说明: 这是一个启动任务，在多任务系统启动后，必须初始化滴答计数器。本任务主要实现RL-TCPnet的时间 * 基准更新。 * 形 参: p_arg 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 优 先 级: 2 ********************************************************************************************************* */ static void AppTaskStart (void *p_arg) { OS_ERR err; (void)p_arg; CPU_Init(); /* 此函数要优先调用，因为外设驱动中使用的us和ms延迟是基于此函数的 */ bsp_Init(); init_TcpNet ();/* 初始化RL-TCPnet */ BSP_Tick_Init(); #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u OSStatTaskCPUUsageInit(&err); #endif #ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); #endif /* 创建任务 */ AppTaskCreate(); /* 创建任务间通信机制 */ AppObjCreate(); while (1) { /* RL-TCPnet时间基准更新函数 */ timer_tick (); OSFlagPost ((OS_FLAG_GRP *)&FLAG_TCPnet, (OS_FLAGS )0x0001, (OS_OPT )OS_OPT_POST_FLAG_SET, (OS_ERR *)&err); OSTimeDly(100, OS_OPT_TIME_PERIODIC, &err); } }
21.4.5 修改RL-TCPnet的网络主任务
修改RL-TCPnet的网络主任务，函数main_TcpNet的调用不再采用轮询方式，改成事件标志等待方式，即修改为如下形式：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppTaskTCPnet * 功能说明: RL-TCPnet网络主任务 * 形 参: p_arg 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 优 先 级: 3 ********************************************************************************************************* */ static void AppTaskTCPnet(void *p_arg) { OS_ERR err; CPU_TS ts; (void)p_arg; while(1) { /* RL-TCPnet处理函数 */ OSFlagPend ((OS_FLAG_GRP *)&FLAG_TCPnet, (OS_FLAGS )0x0001, (OS_TICK )0, (OS_OPT )OS_OPT_PEND_FLAG_SET_ANY + OS_OPT_PEND_FLAG_CONSUME, (CPU_TS *)&ts, (OS_ERR *)&err); while (main_TcpNet() == __TRUE); } }
21.4.6 最后特别注意优先级安排
最后，用户要特别注意几个任务的优先级安排，非常重要。
- RL-TCPnet的时间基准更新任务一定要是最高优先级任务。
- RL-TCPnet的网络主任务，即调用函数main_TcpNet的任务是次高优先级任务。
- 应用层的任务要比前面两个任务的优先级都低。
21.5 FreeRTOS系统实例修改方法
下面针对FreeRTOS系统要做的具体修改做个说明，我们以例程：V6-1026_RL-TCPnet实验_BSD Socket服务器之TCP（FreeRTOS）为例。通过修改函数send_frame，以太网中断和时间基准更新任务都给网络主任务发事件标志，让其得到实时执行，从而实现高效的事件触发框架。
21.5.1 创建事件标志组
创建FreeRTOS的事件标志组：
EventGroupHandle_t xCreatedTCPnetGroup = NULL; /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: AppObjCreate * 功能说明: 创建任务通信机制 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void AppObjCreate (void) { /* 创建事件标志组 */ xCreatedTCPnetGroup = xEventGroupCreate(); if(xCreatedTCPnetGroup == NULL) { /* 没有创建成功，用户可以在这里加入创建失败的处理机制 */ } }
21.5.2 修改函数send_frame
修改ETH_STM32F4xx.c文件中的函数send_frame，此函数的末尾添加事件标志函数xEventGroupSetBits（宏定义FreeRTOS_EN在bsp.h文件里面使能，针对教程配套例子做的定义，方便管理。大家自己搞时，不必受此限制）。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: send_frame * 功能说明: 传递数据帧给MAC DMA发送描述符，并使能发送。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void send_frame (OS_FRAME *frame) { U32 *sp,*dp; U32 i,j; j = TxBufIndex; /* 等待上一帧数据发送完成 */ while (Tx_Desc[j].CtrlStat & DMA_TX_OWN); sp = (U32 *)&frame->data[0]; dp = (U32 *)(Tx_Desc[j].Addr & ~3); /* 复制要发送的数据到DMA发送描述符中 */ for (i = (frame->length + 3) >> 2; i; i--) { *dp++ = *sp++; } /* 设置数据帧大小 */ Tx_Desc[j].Size = frame->length; /* 发送描述符由DMA控制发送 */ Tx_Desc[j].CtrlStat |= DMA_TX_OWN; if (++j == NUM_TX_BUF) j = 0; TxBufIndex = j; /* 开始帧传输 */ /* DMASR 以太网 DMA 状态寄存器 向ETH_DMASR寄存器[16:0]中的（未保留）位写入1会将其清零，写入 0 则不起作用。 位1 TPSS：发送过程停止状态 (Transmit process stopped status) 当发送停止时，此位置 1。 */ ETH->DMASR = DSR_TPSS; /* DMATPDR 以太网DMA发送轮询请求寄存器 应用程序使用此寄存器来指示DMA轮询发送描述符列表。 位 31:0 TPD：发送轮询请求(Transmit poll demand) 向这些位写入任何值时，DMA都会读取ETH_DMACHTDR寄存器指向的当前描述符。如果 该描述符不可用（由CPU所有），则发送会返回到挂起状态，并将ETH_DMASR寄存器位2 进行置位。如果该描述符可用，则发送会继续进行。 */ ETH->DMATPDR = 0; #if USE_FreeRTOS == 1 xEventGroupSetBits(xCreatedTCPnetGroup, 0x0001); #endif }
21.5.3 修改以太网中断函数
修改ETH_STM32F4xx.c文件中的以太网中断函数，此函数的末尾添加事件标志函数：xEventGroupSetBitsFromISR（宏定义FreeRTOS_EN在bsp.h文件里面使能，针对教程配套例子做的定义，方便管理。大家自己搞时，不必受此限制）。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: ETH_IRQHandler * 功能说明: 以太网中断，主要处理从MAC DMA接收描述符接收到的数据帧以及错误标志的处理。 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void ETH_IRQHandler (void) { OS_FRAME *frame; U32 i, RxLen; U32 *sp,*dp; i = RxBufIndex; #if USE_FreeRTOS == 1 BaseType_t xResult; BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE; #endif /* 循环所有接受描述符列表，遇到未接收到数据的退出循环 */ do { /* #define DMA_RX_ERROR_MASK (DMA_RX_ES | DMA_RX_LE | DMA_RX_RWT | DMA_RX_RE | DMA_RX_CE) 有错误，放弃此帧数据，错误类型包含如下： 位15 DMA_RX_ES：错误汇总(Error summary)，即CRC错误，接收错误，看门狗超时，延迟冲突等。 位12 DMA_RX_LE：长度错误(Length error) 该位置1时，指示接收帧的实际长度与长度/类型字段的值不符。该字段仅在帧类 型位(RDES0[5])复位后有效。 位4 DMA_RX_RWT：接收看门狗超时 (Receive watchdog timeout) 该位置1时，表示接收看门狗计时器在接收当前帧时超时，且当前帧在看门狗超 时后被截断了 位3 DMA_RX_RE： 接收错误 (Receive error) 该位置1时，表示在帧接收期间，当发出RX_DV信号时，会发出RX_ERR信号。 位1 DMA_RX_CE： CRC 错误(CRC error) 该位置1时，表示接收的帧发生循环冗余校验(CRC)错误。只有最后一个描述符 (RDES0[8])置1时，该字段才有效 */ if (Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_ERROR_MASK) { goto rel; } /* #define DMA_RX_SEG_MASK (DMA_RX_FS | DMA_RX_LS) 位9 FS：第一个描述符 (First descriptor) 该位置1时，指示此描述符包含帧的第一个缓冲区。如果第一个缓冲区的大小为0，则第二 个缓冲区将包含帧的帧头。如果第二个缓冲区的大小为0，则下一个描述符将包含帧的帧头。 位8 LS：最后一个描述符 (Last descriptor) 该位置1时，指示此描述符指向的缓冲区为帧的最后一个缓冲区。 下面的函数用于判断此帧数据是否只有一个缓冲，初始化接收描述符列表的时候，每个描述符仅设置了 一个缓冲。 */ if ((Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_SEG_MASK) != DMA_RX_SEG_MASK) { goto rel; } RxLen = ((Rx_Desc[i].Stat >> 16) & 0x3FFF) - 4; if (RxLen > ETH_MTU) { /* 数据包太大，直接放弃 */ goto rel; } /* 申请动态内存，RxLen或上0x80000000表示动态内存不足了不会调用函数sys_error() */ frame = alloc_mem (RxLen | 0x80000000); /* 如果动态内存申请失败了，放弃此帧数据；成功了，通过函数put_in_queue存入队列中 */ if (frame != NULL) { sp = (U32 *)(Rx_Desc[i].Addr & ~3); dp = (U32 *)&frame->data[0]; for (RxLen = (RxLen + 3) >> 2; RxLen; RxLen--) { *dp++ = *sp++; } put_in_queue (frame); } /* 设置此接收描述符继续接收新的数据 */ rel: Rx_Desc[i].Stat = DMA_RX_OWN; if (++i == NUM_RX_BUF) i = 0; } while (!(Rx_Desc[i].Stat & DMA_RX_OWN)); RxBufIndex = i; /* DMASR DMA的状态寄存器（DMA status register） 位7 RBUS：接收缓冲区不可用状态 (Receive buffer unavailable status) 此位指示接收列表中的下一个描述符由CPU所拥有，DMA无法获取。接收过程进入挂起状态。 要恢复处理接收描述符，CPU应更改描述符的拥有关系，然后发出接收轮询请求命令。如果 未发出接收轮询请求命令，则当接收到下一个识别的传入帧时，接收过程会恢复。仅当上一 接收描述符由DMA所拥有时，才能将ETH_DMASR[7]置1。 DMAIER的接收缓冲区不可用中断RBUIE是bit7，对于的接收缓冲区不可用状态在DMA状态寄存器中也是bit7。 */ if (ETH->DMASR & INT_RBUIE) { /* 接收缓冲区不可用，重新恢复DMA传输 */ ETH->DMASR = ETH_DMASR_RBUS; ETH->DMARPDR = 0; } /* DMASR DMA的状态寄存器（DMA status register） 这里实现清除中断挂起标志 位16 ETH_DMASR_NIS：所有正常中断 (Normal interrupt summary) 位15 ETH_DMASR_AIS：所有异常中断 (Abnormal interrupt summary) 位6 ETH_DMASR_RS ：接收状态 (Receive status) 此位指示帧接收已完成，具体的帧状态信息已经包含在描述符中，接收仍保持运行状态。 */ ETH->DMASR = ETH_DMASR_NIS | ETH_DMASR_AIS | ETH_DMASR_RS; #if USE_FreeRTOS == 1 xResult = xEventGroupSetBitsFromISR(xCreatedTCPnetGroup, /* 事件标志组句柄 */ 0x0001, /* 设置bit0 */ &xHigherPriorityTaskWoken ); /* 消息被成功发出 */ if( xResult != pdFAIL ) { /* 如果xHigherPriorityTaskWoken = pdTRUE，那么退出中断后切到当前最高优先级任务执行 */ portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken); } #endif }
21.5.4 修改RL-TCPnet的时间基准更新任务
修改RL-TCPnet的时间基准更新任务，添加事件标志函数：xEventGroupSetBits。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: vTaskStart * 功能说明: 启动任务，也是最高优先级任务，这里实现RL-TCPnet的时间基准更新 * 形 参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 * 优 先 级: 6 ********************************************************************************************************* */ static void vTaskStart(void *pvParameters) { TickType_t xLastWakeTime; const TickType_t xFrequency = 100; /* 初始化RL-TCPnet */ init_TcpNet (); /* 获取当前的系统时间 */ xLastWakeTime = xTaskGetTickCount(); while(1) { /* RL-TCPnet时间基准更新函数 */ timer_tick (); xEventGroupSetBits(xCreatedTCPnetGroup, 0x0001); /* vTaskDelayUntil是绝对延迟，vTaskDelay是相对延迟。*/ vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency); } }
21.5.5 修改RL-TCPnet的网络主任务
修改RL-TCPnet的网络主任务，函数main_TcpNet的调用不再采用轮询方式，改成事件标志等待方式，即修改为如下形式：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: vTaskTCPnet * 功能说明: RL-TCPnet网络主任务 * 形 参: pvParameters 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 * 优 先 级: 5 ********************************************************************************************************* */ static void vTaskTCPnet(void *pvParameters) { while(1) { /* RL-TCPnet处理函数 */ xEventGroupWaitBits(xCreatedTCPnetGroup, /* 事件标志组句柄 */ 0x0001, /* 等待被设置 */ pdTRUE, /* 退出前bit0被清除 */ pdFALSE, /* 设置为pdFALSE表示仅等待bit0被设置*/ portMAX_DELAY); /* 永久等待 */ while (main_TcpNet() == __TRUE); } }
21.5.6 最后特别注意优先级安排
最后，用户要特别注意几个任务的优先级安排，非常重要。
- RL-TCPnet的时间基准更新任务一定要是最高优先级任务。
- RL-TCPnet的网络主任务，即调用函数main_TcpNet的任务是次高优先级任务。
- 应用层的任务要比前面两个任务的优先级都低。
21.6 实验操作和实验例程说明
21.6.1 STM32F407开发板实验
由于本章节配套的例子是由第19章的例子简单修改而来的，所以操作说明和例程说明，直接看第19章即可。不同的地方仅仅是使能了本章节讲解的事件触发方式，本章节配套了如下三个例子：
21.6.2 STM32F429开发板实验
由于本章节配套的例子是由第19章的例子简单修改而来的，所以操作说明和例程说明，直接看第19章即可。不同的地方仅仅是使能了本章节讲解的事件触发方式，本章节配套了如下三个例子：
21.7 总结
本章节的项目实战性很高，望初学者务必掌握，在实际项目中也推荐采用事件触发方式。