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   第六十章 UCOSII实验3-消息队列、信号量集和软件定时器   上一章，我们学习了UCOSII的信号量和邮箱的使用，本章，我们将学习消息队列、信号量集和软件定时器的使用。本章分为如下几个部分： 60.1 UCOSII消息队列、信号量集和软件定时器简介 60.2 硬件设计 60.3 软件设计 60.4 下载验证   60.1 UCOSII消息队列、信号量集和软件定时器简介 上一章，我们介绍了信号量和邮箱的使用，本章我们介绍比较复杂消息队列、信号量集以及软件定时器的使用。 消息队列 使用消息队列可以在任务之间传递多条消息。消息队列由三个部分组成：事件控制块、消息队列和消息。当把事件控制块成员OSEventType的值置为OS_EVENT_TYPE_Q时，该事件控制块描述的就是一个消息队列。 消息队列的数据结构如图60.1.1所示。从图中可以看到，消息队列相当于一个共用一个任务等待列表的消息邮箱数组，事件控制块成员OSEventPtr指向了一个叫做队列控制块（OS_Q）的结构，该结构管理了一个数组MsgTbl ;   //定时器控制块数组 OS_EXT OS_TMR *OSTmrFreeList;                             //空闲定时器控制块链表指针 OS_EXT OS_TMR_WHEEL OSTmrWheelTbl ;//定时器轮 其中OS_TMR为定时器控制块，定时器控制块是软件定时器管理的基本单元，包含软件定时器的名称、定时时间、在链表中的位置、使用状态、使用方式，以及到时回调函数及其参数等基本信息。 OSTmrTbl ;：以数组的形式静态分配定时器控制块所需的RAM空间，并存储所有已建立的定时器控制块，OS_TMR_CFG_MAX为最大软件定时器的个数。 OSTmrFreeLiSt：为空闲定时器控制块链表头指针。空闲态的定时器控制块(OS_TMR)中，OSTmrnext和OSTmrPrev两个指针分别指向空闲控制块的前一个和后一个，组织了空闲控制块双向链表。建立定时器时，从这个链表中搜索空闲定时器控制块。 OSTmrWheelTbl ：该数组的每个元素都是已开启定时器的一个分组，元素中记录了指向该分组中第一个定时器控制块的指针，以及定时器控制块的个数。运行态的定时器控制块(OS_TMR)中，OSTmrnext和OSTmrPrev两个指针同样也组织了所在分组中定时器控制块的双向链表。软件定时器管理所需的数据结构示意图如图60.1.5所示：   图60.1.5 软件定时器管理所需的数据结构示意图 OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE定义了OSTmrWheelTbl的大小，同时这个值也是定时器分组的依据。按照定时器到时值与OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE相除的余数进行分组：不同余数的定时器放在不同分组中；相同余数的定时器处在同一组中，由双向链表连接。这样，余数值为0～OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE-1的不同定时器控制块，正好分别对应了数组元素OSTmr-WheelTbl ～OSTmrWheelTbl 的不同分组。每次时钟节拍到来时，时钟数OSTmrTime值加1，然后也进行求余操作，只有余数相同的那组定时器才有可能到时，所以只对该组定时器进行判断。这种方法比循环判断所有定时器更高效。随着时钟数的累加，处理的分组也由0～OS_TMR_CFG_WHE EL_SIZE-1循环。这里，我们推荐OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE的取值为2的N次方，以便采用移位操作计算余数，缩短处理时间。 信号量唤醒定时器管理任务，计算出当前所要处理的分组后，程序遍历该分组中的所有控制块，将当前OSTmrTime值与定时器控制块中的到时值（OSTmrMatch）相比较。若相等(即到时)，则调用该定时器到时回调函数；若不相等，则判断该组中下一个定时器控制块。如此操作，直到该分组链表的结尾。软件定时器管理任务的流程如图60.1.6所示。   图60.1.6 软件定时器管理任务流程 当运行完软件定时器的到时处理函数之后，需要进行该定时器控制块在链表中的移除和再插入操作。插入前需要重新计算定时器下次到时时所处的分组。计算公式如下： 定时器下次到时的OSTmrTime值(OSTmrMatch)=定时器定时值+当前OSTmrTime值 新分组=定时器下次到时的OSTmrTime值(OSTmrMatch)%OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE 接下来我们看看在UCOSII中，与软件定时器相关的几个函数。 1）  创建软件定时器函数 创建软件定时器通过函数OSTmrCreate实现，该函数原型为：OS_TMR *OSTmrCreate (INT32U dly, INT32U period, INT8U opt, OS_TMR_CALLBACK callback,void  *callback_arg, INT8U *pname, INT8U *perr)。 dly，用于初始化定时时间，对单次定时（ONE-SHOT模式）的软件定时器来说，这就是该定时器的定时时间，而对于周期定时（PERIODIC模式）的软件定时器来说，这是该定时器第一次定时的时间，从第二次开始定时时间变为period。 period，在周期定时（PERIODIC模式），该值为软件定时器的周期溢出时间。 opt，用于设置软件定时器工作模式。可以设置的值为：OS_TMR_OPT_ONE_SHOT或OS_TMR_OPT_PERIODIC，如果设置为前者，说明是一个单次定时器；设置为后者则表示是周期定时器。 callback，为软件定时器的回调函数，当软件定时器的定时时间到达时，会调用该函数。 callback_arg，回调函数的参数。 pname，为软件定时器的名字。 perr，为错误信息。 软件定时器的回调函数有固定的格式，我们必须按照这个格式编写，软件定时器的回调函数格式为：void (*OS_TMR_CALLBACK)(void *ptmr, void *parg)。其中，函数名我们可以自己随意设置，而ptmr这个参数，软件定时器用来传递当前定时器的控制块指针，所以我们一般设置其类型为OS_TMR*类型，第二个参数（parg）为回调函数的参数，这个就可以根据自己需要设置了，你也可以不用，但是必须有这个参数。 2）  开启软件定时器函数 任务可以通过调用函数OSTmrStart开启某个软件定时器，该函数的原型为：BOOLEAN  OSTmrStart (OS_TMR *ptmr, INT8U *perr)。其中ptmr为要开启的软件定时器指针，perr为错误信息。 3）  停止软件定时器函数 任务可以通过调用函数OSTmrStop停止某个软件定时器，该函数的原型为：BOOLEAN  OSTmrStop (OS_TMR *ptmr,INT8U opt,void *callback_arg,INT8U *perr)。 其中ptmr为要停止的软件定时器指针。 opt为停止选项，可以设置的值及其对应的意义为：        OS_TMR_OPT_NONE，直接停止，不做任何其他处理        OS_TMR_OPT_CALLBACK，停止，用初始化的参数执行一次回调函数        OS_TMR_OPT_CALLBACK_ARG，停止，用新的参数执行一次回调函数            callback_arg，新的回调函数参数。            perr，错误信息。 软件定时器我们就介绍到这。 60.2 硬件设计 本节实验功能简介：本章我们在UCOSII里面创建7个任务：开始任务、LED任务、触摸屏任务、队列消息显示任务、信号量集任务、按键扫描任务和主任务，开始任务用于创建邮箱、消息队列、信号量集以及其他任务，之后挂起；触摸屏任务用于在屏幕上画图，测试CPU使用率；队列消息显示任务请求消息队列，在得到消息后显示收到的消息数据；信号量集任务用于测试信号量集，采用OS_FLAG_WAIT_SET_ANY的方法，任何按键按下（包括TPAD），该任务都会控制蜂鸣器发出“滴”的一声；按键扫描任务用于按键扫描，优先级最高，将得到的键值通过消息邮箱发送出去；主任务创建3个软件定时器（定时器1，100ms溢出一次，显示CPU和内存使用率；定时2，200ms溢出一次，在固定区域不停的显示不同颜色；定时3，,100ms溢出一次，用于自动发送消息到消息队列），并通过查询消息邮箱获得键值，根据键值执行DS1控制、控制软件定时器3的开关、触摸区域清屏、触摸屏校和软件定时器2的开关控制等。 所要用到的硬件资源如下： 1）  指示灯DS0 、DS1  2）  4个机械按键（KEY0/KEY1/KEY2/WK_UP） 3）  TPAD触摸按键 4）  蜂鸣器 5）  TFTLCD模块 这些，我们在前面的学习中都已经介绍过了。 60.3 软件设计 本章，我们在第四十三章实验 （实验38 ）的基础上修改，首先，是UCOSII代码的添加，具体方法同第五十九章一模一样，本章就不再详细介绍了。本章OS_TICKS_PER_SEC的设置还是为500，即UCOSII的时钟节拍为2ms。另外由于我们创建了7个任务，加上统计任务、空闲任务和软件定时器任务，总共10个任务，如果你还想添加其他任务，请把OS_MAX_TASKS的值适当改大。 另外，我们还需要在os_cfg.h里面修改软件定时器管理部分的宏定义，修改如下： #define OS_TMR_EN                           1u         //使能软件定时器功能 #define OS_TMR_CFG_MAX                  16u       //最大软件定时器个数 #define OS_TMR_CFG_NAME_EN              1u        //使能软件定时器命名 #define OS_TMR_CFG_WHEEL_SIZE          8u        //软件定时器轮大小 #define OS_TMR_CFG_TICKS_PER_SEC       100u      //软件定时器的时钟节拍（10ms） #define OS_TASK_TMR_PRIO                        0u        //软件定时器的优先级,设置为最高     这样我们就使能UCOSII的软件定时器功能了，并且设置最大软件定时器个数为16，定时器轮大小为8，软件定时器时钟节拍为10ms（即定时器的最少溢出时间为10ms）。 最后，我们只需要修改test.c函数了，打开test.c，输入如下代码： 　／／省略部分内容！！！见附件。