《ESP32 学习笔记》之Arduino环境下使用 FreeRTOS 操作系统

在刚开始学习 arduino 时，当时想让几个灯以不同的频率闪烁，找遍了网上，也没找到可以实现的方法，后来学习 STM32 后，定时器操作勉强可以达到想要的多任务效果，但也不尽人意，直到了解到 STM32 可以跑系统，才知道单片机也可以这么玩。后来从ESP8266到ESP32，了解到ESP32的超强内核，内嵌 FreeRTOS 操作系统，有了这一功能，我们可以轻易完成当初的想法。
FreeRTOS 不仅可以在SDK编程中可以使用，Arduino 中也支持FreeRTOS 的一系列操作。
此博文主要记录学习过程的心得体会和程序代码，以供后续项目使用！
学习地址：DFROBOT官网
ESP32-IDF 官方讲解FreeRTOS：http://esp32.info/docs/esp_idf/html/dd/d3c/group__xTaskCreate.html
FreeRTOS官网：https://www.freertos.org/a00125.html

创建 FreeRTOS 任务：

/*
@功能：创建多任务
@时间：2020/3/5
@作者：刘泽文
@QQ：2822604962
*/
#include <WiFi.h>

#define LED1 19
#define LED2 22
#define LED1_OFF   digitalWrite(LED1, HIGH)//关灯
#define LED1_ON    digitalWrite(LED1, LOW)//开灯
#define LED1_PWM   digitalWrite(LED1, !digitalRead(LED1))//灯闪烁
#define LED2_OFF   digitalWrite(LED2, HIGH)//关灯
#define LED2_ON    digitalWrite(LED2, LOW)//开灯
#define LED2_PWM   digitalWrite(LED2, !digitalRead(LED2))//灯闪烁

void taskOne( void * parameter ){
  while(1){
    delay(200);
    LED1_PWM;
  }
  Serial.println("Ending task 1");
  vTaskDelete( NULL );
}

void taskTwo( void * parameter){
  while(1){
    delay(400);
    LED2_PWM;
  }
  Serial.println("Ending task 2");
  vTaskDelete( NULL );
}

void taskThree( void * parameter){
  while(1){
    delay(800);
    LED1_PWM;
    LED2_PWM;
  }
  Serial.println("Ending task 3");
  vTaskDelete( NULL );
}


void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED1,OUTPUT);
  pinMode(LED2,OUTPUT);
  LED1_OFF;
  LED2_OFF;
  delay(1000);
  xTaskCreate(
              taskOne,          /*任务函数*/
              "TaskOne",        /*带任务名称的字符串*/
              10000,            /*堆栈大小，单位为字节*/
              NULL,             /*作为任务输入传递的参数*/
              1,                /*任务的优先级*/
              NULL);            /*任务句柄*/
  xTaskCreate(
              taskTwo,          /* Task function. */
              "TaskTwo",        /* String with name of task. */
              10000,            /* Stack size in bytes. */
              NULL,             /* Parameter passed as input of the task */
              1,                /* Priority of the task. */
              NULL);            /* Task handle. */
  xTaskCreate(
              taskThree,          /* Task function. */
              "taskThree",        /* String with name of task. */
              10000,            /* Stack size in bytes. */
              NULL,             /* Parameter passed as input of the task */
              1,                /* Priority of the task. */
              NULL);            /* Task handle. */
}
 
void loop(){
  delay(1000);
}

查询 FreeRTOS 任务优先级：

/*
@功能：查询任务优先级
@时间：2020/3/5
@作者：刘泽文
@QQ：2822604962
*/
#include <Arduino.h>

#define LED1 19
#define LED1_OFF   digitalWrite(LED1, HIGH)//关灯
#define LED1_ON    digitalWrite(LED1, LOW)//开灯
#define LED1_PWM   digitalWrite(LED1, !digitalRead(LED1))//灯闪烁

void taskOne( void * parameter ){
  while(1){
    delay(200);
    LED1_PWM;
  }
  Serial.println("Ending task 1");
  vTaskDelete( NULL );
}

void setup(void) 
{
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED1,OUTPUT);
  LED1_OFF;
  delay(500);
  TaskHandle_t myTask;//声明一个TaskHandle_t类型的变量，用于存储将要新建的任务的句柄
  xTaskCreate(
              taskOne,          /*任务函数*/
              "TaskOne",        /*带任务名称的字符串*/
              10000,            /*堆栈大小，单位为字节*/
              NULL,             /*作为任务输入传递的参数*/
              6,                /*任务的优先级*/
              &myTask);            /*任务句柄*/
  Serial.print("taskOne任务的优先级 = ");
  Serial.println(uxTaskPriorityGet(myTask));
}

void loop(void)
{
  delay(1000);
  Serial.print("loop()任务的优先级 = ");
  Serial.println(uxTaskPriorityGet(NULL));
}

FreeRTOS 队列：

/*
@功能: 队列测试
@时间：2020/3/5
@作者：刘泽文
@QQ：2822604962
*/
#include <Arduino.h>

QueueHandle_t queue;
  
void setup() {
  
  Serial.begin(115200);
  
  queue = xQueueCreate( 10, sizeof( int ) );//创建队列
  
  if(queue == NULL){
    Serial.println("Error creating the queue");
  }
  
}
  
void loop() {
  
  if(queue == NULL)return;
  
  for(int i = 0; i<10; i++){
    xQueueSend(queue, &i, portMAX_DELAY);//向队列尾部插入数值
  }
  
  int element;
  Serial.println("xQueueReceive 函数读取结果：");
  for(int i = 0; i<10; i++){
    xQueueReceive(queue, &element, portMAX_DELAY);//读取队列值，并从队列中移除
    Serial.print(element);
    Serial.print("|");
  }
  Serial.println("");

  delay(1000);
}

FreeRTOS 队列性能测试：

/*
@功能: 队列性能测试
@时间：2020/3/5
@作者：刘泽文
@QQ：2822604962
*/
#include <Arduino.h>

QueueHandle_t queue;//新建队列
int queueSize = 10000;//队列大小
//被赋值系统时间的一些变量
unsigned long startProducing, endProducing, startConsuming, endConsuming, producingTime, consumingTime; 

void producerTask( void * parameter )
{
    startProducing = millis();//开始时间
  
    for( int i = 0;i<queueSize;i++ ){
      xQueueSend(queue, &i, portMAX_DELAY);//写入队列值
    }
  
    endProducing = millis();//结束时间
  
    vTaskDelete( NULL );
  
}
  
void consumerTask( void * parameter)
{
    startConsuming = millis();//开始时间
  
    int element;
  
    for( int i = 0; i<queueSize; i++ ){
        xQueueReceive(queue, &element, portMAX_DELAY);//读取队列值
    }
  
    endConsuming = millis();//结束时间
  
    vTaskDelete( NULL );
  
}

void setup() {
  
  Serial.begin(115200);
  
  queue = xQueueCreate( queueSize, sizeof( int ) );//设置队列大小
  
  if(queue == NULL){
    Serial.println("Error creating the queue");
  }
  
  xTaskCreate(
                    producerTask,     /* Task function. */
                    "Producer",       /* String with name of task. */
                    10000,            /* Stack size in words. */
                    NULL,             /* Parameter passed as input of the task */
                    10,               /* Priority of the task. */
                    NULL);            /* Task handle. */
  
  xTaskCreate(
                    consumerTask,     /* Task function. */
                    "Consumer",       /* String with name of task. */
                    10000,            /* Stack size in words. */
                    NULL,             /* Parameter passed as input of the task */
                    10,               /* Priority of the task. */
                    NULL);            /* Task handle. */
  
    producingTime = endProducing - startProducing;
    Serial.print("Producing time: ");
    Serial.println(producingTime);//写入耗费时间(ms)
  
    consumingTime = endConsuming - startConsuming;
    Serial.print("Consuming time: ");
    Serial.println(consumingTime);//读取耗费时间(ms)
}
  
void loop() {
  delay(1000);
}

使用 FreeRTOS 队列实现任务之间的通信：（队列的元素可以改为结构体试试哦~）

/*
@功能: 两个不同的任务之间进行通信
@时间：2020/3/11
@作者：刘泽文
@QQ：2822604962
*/
#include <WiFi.h>

QueueHandle_t queue;//新建队列
int queueSize = 40;//队列大小
 
void producerTask( void * parameter )
{
    while(true){
      for( int i = 0;i<queueSize;i++ ){
        xQueueSend(queue, &i, portMAX_DELAY);//写入队列值
      }
      delay(1000);
    }
    vTaskDelete(NULL);
}
  
void consumerTask( void * parameter)
{
    int element;
    while(true){
      for( int i = 0; i<queueSize; i++ ){
        xQueueReceive(queue, &element, portMAX_DELAY);//读取队列值
        Serial.print(element);//打印出来
        Serial.print("|");
      }
      Serial.println("");
      delay(1000);
    }
    vTaskDelete( NULL );
}
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);

  queue = xQueueCreate( queueSize, sizeof( int ) );//设置队列大小

  if(queue == NULL){
    Serial.println("Error creating the queue");
  }

  xTaskCreate(
                    producerTask,     /* Task function. */
                    "Producer",       /* String with name of task. */
                    10000,            /* Stack size in words. */
                    NULL,             /* Parameter passed as input of the task */
                    1,               /* Priority of the task. */
                    NULL);            /* Task handle. */
  
  xTaskCreate(
                    consumerTask,     /* Task function. */
                    "Consumer",       /* String with name of task. */
                    10000,            /* Stack size in words. */
                    NULL,             /* Parameter passed as input of the task */
                    1,               /* Priority of the task. */
                    NULL);            /* Task handle. */
}
  
void loop() {
  delay(1000);
}

在 FreeRTOS 队列前/后插入数据：

/*
@功能: 在队列的前后插入数据
@时间：2020/3/11
@作者：刘泽文
@QQ：2822604962
*/
#include <WiFi.h>

//新建队列，测试两个插入函数
QueueHandle_t queueBack;
QueueHandle_t queueFront;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  queueBack = xQueueCreate( 10, sizeof( int ) );//设置队列大小
  queueFront = xQueueCreate( 10, sizeof( int ) );//设置队列大小

  if(queueBack == NULL || queueFront ==NULL){
    Serial.println("Error creating one of the queues");
  }
}
  
void loop() {
  if(queueBack == NULL || queueFront == NULL )return;
  for(int i = 0; i<10; i++){
    xQueueSendToBack(queueBack, &i, 0);//从后面插入值
    xQueueSendToFront(queueFront, &i, 0);//从前面插入值
  }
  int element;

  Serial.println("queueBack队列:");
  //读取queueBack队列的值
  for(int i = 0; i<10; i++){
    xQueueReceive(queueBack, &element, 0);
    Serial.print(element);
    Serial.print("|");
  }
  Serial.println();

  Serial.println("queueFront队列:");
  //读取queueFront队列的值
  for(int i = 0; i<10; i++){
    xQueueReceive(queueFront, &element, 0);
    Serial.print(element);
    Serial.print("|");
  }
  Serial.println();
  Serial.println("-------完成-------");
  delay(1000);
}

《ESP32 学习笔记》 之Arduino环境下 使用 FreeRTOS 操作系统

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