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@infinite1oop(H T)

FRDM-MCXA153（その３：FreeRTOS続き）

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割り込み

「その２」に記載した「あるべき姿」を求め（ポーリングではなく割り込み）、AIさんにたずねて作成した内容。今回も備忘録レベルの内容。

CPU消費を減らすために割り込みを利用（いまさらだけど）

ソフトウェア開発、特にRTOSでは、CPUリソースの関連から、ポーリングは嫌われるため、最大限、割り込みを用いるのが王道である。調べたところ（AIさんなど）、当然、FreeRTOSにも用意されている。後は、MCUXpresso環境での使い方（Call方法）の話。

ストーリー

  • タスク2つ
    • タスクA：一定周期でメッセージ出力
      • キューが空：固定文字列およびインクリメントされるカウンタを表示
      • キューが空でない：キューの内容を表示
    • タスクB：シリアル入力をキューにためる
  • シリアル入力にて割り込み利用

ソースコード

今回は、割り込み周辺のコードの説明が主目的。全コードを掲載、適宜、下記に記載。

/* System includes.*/
#include <stdio.h>

/* FreeRTOS kernel includes. */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "timers.h"

/* Freescale includes. */
#include "fsl_device_registers.h"
#include "fsl_debug_console.h"
#include "board.h"
#include "app.h"
#include "fsl_lpuart.h"

/*******************************************************************************
 * Definitions
 ******************************************************************************/
/* タスクプライオリティ */
#define hello_task_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 1)
#define serial_task_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 1)
/* 入力バッファ及びキューのサイズ */
#define BUFFER_SIZE 32
/* キュー内のメッセージの数 */
#define NUM_QUEUE 3
/* hello_taskでSleepする時間(ms) */
#define HELLO_SLEEP 5000

ここは説明略。

/*******************************************************************************
 * Globals
 ******************************************************************************/
/* シリアルタスクからハロータスクへのメッセージ用Queue */
static QueueHandle_t msg_queue = NULL;
/* UART受信バッファ用Queue */
static QueueHandle_t char_queue = NULL;

シリアル入力を割り込みハンドラで検出し、シリアルタスクに渡すQueueが必要となる。

/*******************************************************************************
 * Prototypes
 ******************************************************************************/
static void init_lpuart(void);
void LPUART0_IRQHandler(void);
static void hello_task(void *pvParameters);
static void serial_task(void *pvParameters);

ここは自明。

/*******************************************************************************
 * Code
 ******************************************************************************/
int main(void)
{
    /* ボード初期化 */
    BOARD_InitHardware();
    /* UART初期化 */
    init_lpuart();
    /* タスク間メッセージQueue作成 */
    msg_queue = xQueueCreate(NUM_QUEUE, BUFFER_SIZE);
    /* UART受信バッファ用Queue作成（ISRから1文字受信ISR） */
    char_queue = xQueueCreate(BUFFER_SIZE, sizeof(char));
    /* タスク生成 */
    if (xTaskCreate(hello_task, "Hello_task", configMINIMAL_STACK_SIZE + 100, NULL, hello_task_PRIORITY, NULL) !=
    		pdPASS ||
		xTaskCreate(serial_task, "Serial_task", configMINIMAL_STACK_SIZE + 100, NULL, serial_task_PRIORITY, NULL) !=
				pdPASS)
    {
        PRINTF("Task creation failed!.\r\n");
        return 1;
    }
    vTaskStartScheduler();
    for (;;)
        ;
}

ここはコメント参照。

/* UART初期化 */
void init_lpuart(void) {
    lpuart_config_t config;

    /* シリアルパラメータ設定 */
    LPUART_GetDefaultConfig(&config);
    config.baudRate_Bps = 115200U;
    config.enableRx = true;
    config.enableTx = true;

    /* UART初期化 */
    LPUART_Init(LPUART0, &config, BOARD_DEBUG_UART_CLK_FREQ);

    /* configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITYよりも大きな数値（低い優先度） */
    NVIC_SetPriority(LPUART0_IRQn, 2); // 1:NG
    /* 受信割り込みを有効 */
    LPUART_EnableInterrupts(LPUART0, kLPUART_RxDataRegFullInterruptEnable);
    /* NVIC側でLPUART割り込みを有効 */
    EnableIRQ(LPUART0_IRQn);
}

ここでのミソは下記。

  • 本プログラムのNVIC（Nested Vectored Interrupt Controller：ARM Cortex-M内）の割り込み優先度を適宜設定（OS自体より低く）
  • 割り込み有効化
/* 割り込みハンドラ */
void LPUART0_IRQHandler(void)
{
    uint8_t data;

    /* 受信フラグが立っているか確認 */
    if ((kLPUART_RxDataRegFullFlag) & LPUART_GetStatusFlags(LPUART0))
    /* その２の (LPUART0->STAT & LPUART_STAT_RDRF_MASK) != 0 と同じだがこちらの方がベター */
    {
        data = LPUART_ReadByte(LPUART0);
        /* 明示的にフラグをクリアする（チップ依存、今回は不要であった） */
        /* LPUART_ClearStatusFlags(LPUART0, kLPUART_RxDataRegFullFlag); */
        BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
        /* シリアルタスクに1文字送る */
        xQueueSendFromISR(char_queue, &data, &xHigherPriorityTaskWoken);
        /* 割り込み後に即座にタスクを切り替える必要があるか確認 */
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

ここでのミソは下記。

  • LPUART0_IRQHandler()：この関数名を割り込みハンドラとして用いるのがルール（らしい）
  • 確実に受信しているかの確認（受信フラグ）
  • データ（入力文字）を取得
  • データをシリアルタスクへ送信（xQueueSendFromISR()）
  • シリアルタスクをWakeUp（portYIELD_FROM_ISR）
/* タスクA（ハロータスク） */
static void hello_task(void *pvParameters)
{
	int count = 0;
	char buf[BUFFER_SIZE];
    for (;;)
    {
    	if (xQueueReceive(msg_queue, buf, 0) == pdTRUE)
    	{
    		PRINTF("\tReceived Message: %s\r\n", buf);
    	} else
    	{
    		PRINTF("\tHello %d\r\n", ++count);
    	}
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(HELLO_SLEEP));
    }
}

ここは自明、説明略。

/* タスクB（シリアルタスク） */
static void serial_task(void *pvParameters)
{
    char msg[BUFFER_SIZE];
    int idx = 0;
    char c;

    while (1)
    {
    	/* キューに1文字来るまで待機（割り込み発生待ち）、タスクスイッチ */
    	if (xQueueReceive(char_queue, &c, portMAX_DELAY) == pdPASS)
        {
    		/* 取得した文字 c の処理 */
    		if (c == '\r' || c == '\n')
    		{
    			msg[idx] = '\0';
                /* タスクAへ入力文字列送信 */
    			xQueueSend(msg_queue, msg, 0);
    			idx = 0;
    			PRINTF("\r\n");
    		}
    		else if (idx < (BUFFER_SIZE - 1))
    		{
    			msg[idx++] = c;
    			PUTCHAR(c); // エコーバック
    		}
        }
    }
}

下記が大事。

  • xQueueReceive()のportMAX_DELAYにて無限待ち
    • タスクスイッチあり（割り込みや他のタスクが動作可能）
  • 改行コードが入力されたら、それまでに入力された文字列をタスクAへ送信

結果

ターミナルでの出力状況は、「その２」と同じのため、省略。

終わりに

FreeRTOSを使うというより、NXP提供プラットフォーム（MCUXpresso）での、APIなどの使い方を学ぶのがメインとなってしまった気がする。

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