本節內容介紹

1、HAL庫GPIO在cubemx中的配置及注意事項;

2、HAL庫GPIO操作詳解與結構介紹;

3、rt-thread任務介紹與創建;

4、利用多任務點燈，實現rtos多任務創建于執行;

HAL庫GPIO在cubemx中的配置

上節課程我們介紹了cubemx的界面、時鐘配置以及如何新建工程等，本節咱們就繼續進行程序員屆的“hello world”-“點燈”。

GPIO選擇與配置

嵌入式軟件工程師拿到板子第一件事要做的一定是熟悉原理圖，你可以不會設計，但一定要能看懂，軟件工程師調試代碼，一看原理圖，二才是寫代碼、調試代碼

先來看看開發板上的LED是哪個引腳，可以看到PB6、PE3、PD15都是LED控制引腳，采用的是灌電流的方式，低電平燈亮：

接下來，咱們在cubemx對這些IO進行配置，小飛哥只選擇了兩個LED燈，名字命名和原理圖保持一致或者是按照實際功能命名

右擊選擇第一個選項，就可以修改label

單擊選中，會有很多功能，MCU的一個引腳是可以復用為許多功能的，我們根據自己的需要配置對應的模式即可，此處我們控制LED燈，低電平-燈亮，高電平-燈滅，顯然是要配置為輸出模式的，選擇output即可，其他輸出引腳同理

接下來我們來看下GPIO的一些模式配置

對于開發板上的LED控制引腳，我們可以按照如下配置，初始化輸出高電平，LED不開啟，這樣初始化就可以設置GPIO輸出電平，設置為需要的狀態：

GPIO配置比較簡單，就不再啰嗦了

HAL庫GPIO操作詳解與結構介紹

打開生成的代碼，看看上面配置的GPIO初始化內容,上面cubemx的配置項可以看到已經生成對應的代碼了，GPIO的配置順序：使能GPIO時鐘->配置相關采參數：

voidMX_GPIO_Init(void)
{

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStruct={0};

/*GPIOPortsClockEnable*/
__HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/
GPIO_InitStruct.Pin=Y_LED_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(Y_LED_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);

/*ConfigureGPIOpin:PtPin*/
GPIO_InitStruct.Pin=CP_LED_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull=GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(CP_LED_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);

}

關于GPIO操作的API：

/*Initializationandde-initializationfunctions*****************************/
voidHAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_Init);
voidHAL_GPIO_DeInit(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint32_tGPIO_Pin);

/**
*@}
*/

/**@addtogroupGPIO_Exported_Functions_Group2IOoperationfunctions
*@{
*/

/*IOoperationfunctions*****************************************************/
GPIO_PinStateHAL_GPIO_ReadPin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);
voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,GPIO_PinStatePinState);
voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);
HAL_StatusTypeDefHAL_GPIO_LockPin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);
voidHAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(uint16_tGPIO_Pin);
voidHAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_tGPIO_Pin);

本節由于是LED操作，我們只需要操作：

voidHAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef*GPIOx,GPIO_InitTypeDef*GPIO_Init);
voidHAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin,GPIO_PinStatePinState);
voidHAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef*GPIOx,uint16_tGPIO_Pin);

如何使用呢？

參數GPIO_TypeDef *GPIOx可以是GPIO組的地址：

#defineGPIOA((GPIO_TypeDef*)GPIOA_BASE)
#defineGPIOB((GPIO_TypeDef*)GPIOB_BASE)
#defineGPIOC((GPIO_TypeDef*)GPIOC_BASE)
#defineGPIOD((GPIO_TypeDef*)GPIOD_BASE)
#defineGPIOE((GPIO_TypeDef*)GPIOE_BASE)
#defineGPIOF((GPIO_TypeDef*)GPIOF_BASE)
#defineGPIOG((GPIO_TypeDef*)GPIOG_BASE)
#defineGPIOH((GPIO_TypeDef*)GPIOH_BASE)
#defineGPIOI((GPIO_TypeDef*)GPIOI_BASE)

參數GPIO_Pin可以是GPIO的引腳號：

#defineGPIO_PIN_0((uint16_t)0x0001)/*Pin0selected*/
#defineGPIO_PIN_1((uint16_t)0x0002)/*Pin1selected*/
#defineGPIO_PIN_2((uint16_t)0x0004)/*Pin2selected*/
#defineGPIO_PIN_3((uint16_t)0x0008)/*Pin3selected*/
#defineGPIO_PIN_4((uint16_t)0x0010)/*Pin4selected*/
#defineGPIO_PIN_5((uint16_t)0x0020)/*Pin5selected*/
#defineGPIO_PIN_6((uint16_t)0x0040)/*Pin6selected*/
#defineGPIO_PIN_7((uint16_t)0x0080)/*Pin7selected*/
#defineGPIO_PIN_8((uint16_t)0x0100)/*Pin8selected*/
#defineGPIO_PIN_9((uint16_t)0x0200)/*Pin9selected*/
#defineGPIO_PIN_10((uint16_t)0x0400)/*Pin10selected*/
#defineGPIO_PIN_11((uint16_t)0x0800)/*Pin11selected*/
#defineGPIO_PIN_12((uint16_t)0x1000)/*Pin12selected*/
#defineGPIO_PIN_13((uint16_t)0x2000)/*Pin13selected*/
#defineGPIO_PIN_14((uint16_t)0x4000)/*Pin14selected*/
#defineGPIO_PIN_15((uint16_t)0x8000)/*Pin15selected*/
#defineGPIO_PIN_All((uint16_t)0xFFFF)/*Allpinsselected*/

參數GPIO_PinState PinState可以是：
/**
*@briefGPIOBitSETandBitRESETenumeration
*/
typedefenum
{
GPIO_PIN_RESET=0U,
GPIO_PIN_SET
}GPIO_PinState;

輸出低電平：

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);

輸出高電平：

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin,GPIO_PIN_SET);

/*ConfigureGPIOpinOutputLevel*/
HAL_GPIO_WritePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin,GPIO_PIN_SET);

翻轉電平：

HAL_GPIO_TogglePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin);
HAL_GPIO_TogglePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin);

關于GPIO輸出不外乎這幾個API，掌握如何使用就可以了

rt-thread任務介紹與創建

主要摘取一些比較關鍵的信息，也可參見RT-Thread官網介紹

線程管理

嵌入式系統執行這樣的任務，系統通過傳感器采集數據，并通過顯示屏將數據顯示出來，在多線程實時系統中，可以將這個任務分解成兩個子任務，如下圖所示，一個子任務不間斷地讀取傳感器數據，并將數據寫到共享內存中，另外一個子任務周期性的從共享內存中讀取數據，并將傳感器數據輸出到顯示屏上。

在 RT-Thread 中，與上述子任務對應的程序實體就是線程，線程是實現任務的載體，它是 RT-Thread 中最基本的調度單位，它描述了一個任務執行的運行環境，也描述了這個任務所處的優先等級，重要的任務可設置相對較高的優先級，非重要的任務可以設置較低的優先級，不同的任務還可以設置相同的優先級，輪流運行。

線程狀態

線程運行的過程中，同一時間內只允許一個線程在處理器中運行，從運行的過程上劃分，線程有多種不同的運行狀態，如初始狀態、掛起狀態、就緒狀態等。在 RT-Thread 中，線程包含五種狀態，操作系統會自動根據它運行的情況來動態調整它的狀態。RT-Thread 中線程的五種狀態，如下表所示：

狀態	描述
初始狀態	當線程剛開始創建還沒開始運行時就處于初始狀態；在初始狀態下，線程不參與調度。此狀態在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_INIT
就緒狀態	在就緒狀態下，線程按照優先級排隊，等待被執行；一旦當前線程運行完畢讓出處理器，操作系統會馬上尋找最高優先級的就緒態線程運行。此狀態在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_READY
運行狀態	線程當前正在運行。在單核系統中，只有 rt_thread_self() 函數返回的線程處于運行狀態；在多核系統中，可能就不止這一個線程處于運行狀態。此狀態在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_RUNNING
掛起狀態	也稱阻塞態。它可能因為資源不可用而掛起等待，或線程主動延時一段時間而掛起。在掛起狀態下，線程不參與調度。此狀態在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_SUSPEND
關閉狀態	當線程運行結束時將處于關閉狀態。關閉狀態的線程不參與線程的調度。此狀態在 RT-Thread 中的宏定義為 RT_THREAD_CLOSE

線程狀態切換

RT-Thread 提供一系列的操作系統調用接口，使得線程的狀態在這五個狀態之間來回切換。幾種狀態間的轉換關系如下圖所示：

線程優先級

RT-Thread 線程的優先級是表示線程被調度的優先程度。每個線程都具有優先級，線程越重要，賦予的優先級就應越高，線程被調度的可能才會越大。

RT-Thread 最大支持 256 個線程優先級 (0~255)，數值越小的優先級越高，0 為最高優先級。在一些資源比較緊張的系統中，可以根據實際情況選擇只支持 8 個或 32 個優先級的系統配置；對于 ARM Cortex-M 系列，普遍采用 32 個優先級。最低優先級默認分配給空閑線程使用，用戶一般不使用。在系統中，當有比當前線程優先級更高的線程就緒時，當前線程將立刻被換出，高優先級線程搶占處理器運行。

時間片

每個線程都有時間片這個參數，但時間片僅對優先級相同的就緒態線程有效。系統對優先級相同的就緒態線程采用時間片輪轉的調度方式進行調度時，時間片起到約束線程單次運行時長的作用，其單位是一個系統節拍（OS Tick），詳見《時鐘管理》章節。假設有 2 個優先級相同的就緒態線程 A 與 B，A 線程的時間片設置為 10，B 線程的時間片設置為 5，那么當系統中不存在比 A 優先級高的就緒態線程時，系統會在 A、B 線程間來回切換執行，并且每次對 A 線程執行 10 個節拍的時長，對 B 線程執行 5 個節拍的時長，如下圖。

線程通過調用函數 rt_thread_create/init() 進入到初始狀態（RT_THREAD_INIT）；

初始狀態的線程通過調用函數 rt_thread_startup() 進入到就緒狀態（RT_THREAD_READY）；

就緒狀態的線程被調度器調度后進入運行狀態（RT_THREAD_RUNNING）；當處于運行狀態的線程調用 rt_thread_delay()，rt_sem_take()，rt_mutex_take()，rt_mb_recv() 等函數或者獲取不到資源時，將進入到掛起狀態（RT_THREAD_SUSPEND）；

處于掛起狀態的線程，如果等待超時依然未能獲得資源或由于其他線程釋放了資源，那么它將返回到就緒狀態。掛起狀態的線程，如果調用 rt_thread_delete/detach() 函數，將更改為關閉狀態（RT_THREAD_CLOSE）；

而運行狀態的線程，如果運行結束，就會在線程的最后部分執行 rt_thread_exit() 函數，將狀態更改為關閉狀態。

線程相關的API

創建和刪除線程

一個線程要成為可執行的對象，就必須由操作系統的內核來為它創建一個線程。可以通過如下的接口創建一個動態線程：

rt_thread_trt_thread_create(constchar*name,
void(*entry)(void*parameter),
void*parameter,
rt_uint32_tstack_size,
rt_uint8_tpriority,
rt_uint32_ttick);

調用這個函數時，系統會從動態堆內存中分配一個線程句柄以及按照參數中指定的棧大小從動態堆內存中分配相應的空間。分配出來的棧空間是按照 rtconfig.h 中配置的 RT_ALIGN_SIZE 方式對齊。線程創建 rt_thread_create() 的參數和返回值見下圖：

對于一些使用 rt_thread_create() 創建出來的線程，當不需要使用，或者運行出錯時，我們可以使用下面的函數接口來從系統中把線程完全刪除掉：

rt_err_trt_thread_delete(rt_thread_tthread);

初始化和脫離線程

線程的初始化可以使用下面的函數接口完成，來初始化靜態線程對象：

rt_err_trt_thread_init(structrt_thread*thread,
constchar*name,
void(*entry)(void*parameter),void*parameter,
void*stack_start,rt_uint32_tstack_size,
rt_uint8_tpriority,rt_uint32_ttick);

靜態線程的線程句柄（或者說線程控制塊指針）、線程棧由用戶提供。靜態線程是指線程控制塊、線程運行棧一般都設置為全局變量，在編譯時就被確定、被分配處理，內核不負責動態分配內存空間。需要注意的是，用戶提供的棧首地址需做系統對齊（例如 ARM 上需要做 4 字節對齊）。線程初始化接口 rt_thread_init() 的參數和返回值見下表：

對于用 rt_thread_init() 初始化的線程，使用 rt_thread_detach() 將使線程對象在線程隊列和內核對象管理器中被脫離。線程脫離函數如下：

rt_err_trt_thread_detach(rt_thread_tthread);

啟動線程

創建（初始化）的線程狀態處于初始狀態，并未進入就緒線程的調度隊列，我們可以在線程初始化 / 創建成功后調用下面的函數接口讓該線程進入就緒態：

rt_err_trt_thread_startup(rt_thread_tthread);

...還有其他一些線程API，就不再一一贅述了，可以在RT-Thread官網查看

創建任務

上面對線程的介紹，羅里吧嗦的說了一大堆，接下來一起實戰來看看，如何創建并運行任務

創建任務實現多任務點燈

根據創建任務的API

rt_thread_trt_thread_create(constchar*name,
void(*entry)(void*parameter),
void*parameter,
rt_uint32_tstack_size,
rt_uint8_tpriority,
rt_uint32_ttick);

來創建我們的2個任務：

/**
******************************************************************************
*@filert_user_task.c
*@brief用戶任務文件
*
******************************************************************************
*@attention
*
* Copyright (c) 2022 公眾號：小飛哥玩嵌入式.
*Allrightsreserved.
* Author：小飛哥
*
*****************************************************************************/

/*Includes------------------------------------------------------------------*/
#include"main.h"
#include
#include"rt_user_task.h"
/*Privatetypedef-----------------------------------------------------------*/

/*Privatedefine------------------------------------------------------------*/
#defineTHREAD1_PRIORITY27//線程
#defineTHREAD_STACK_SIZE512//線程棧深度
#defineTHREAD_TIMESLICE5//線程的時間片


#defineTHREAD2_PRIORITY26//線程
/*Privatemacro-------------------------------------------------------------*/

/*Privatevariables---------------------------------------------------------*/

/*Privatefunctionprototypes-----------------------------------------------*/

/*Privateusercode---------------------------------------------------------*/

/**
*@functionrt_ledflash_entry
*@author:小飛哥玩嵌入式-小飛哥
*@TODO:LED控制線程
*@param:
*@return:NULL
*/
staticvoidrt_led1_flash_entry(void*parameter)
{
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(Y_LED_GPIO_Port,Y_LED_Pin);
rt_kprintf("LED1TaskisRunning!
");
rt_thread_mdelay(500);
}
}
/**
*@functionrt_led2flash_entry
*@author:小飛哥玩嵌入式-小飛哥
*@TODO:LED控制線程
*@param:
*@return:NULL
*/
staticvoidrt_led2_flash_entry(void*parameter)
{
for(;;)
{
HAL_GPIO_TogglePin(CP_LED_GPIO_Port,CP_LED_Pin);
rt_kprintf("LED2TaskisRunning!
");
rt_thread_mdelay(500);
}
}
/**
*@functionrt_user_thread_entry
*@author:小飛哥玩嵌入式-小飛哥
*@TODO:創建線程
*@param:
*@return:NULL
*/

intrt_user_thread_entry(void)
{
staticrt_thread_tresult=RT_NULL;
/*創建一個線程，名稱是rt_ledflash,入口是rt_ledflash_entry*/
result=rt_thread_create("rt_led1flash",rt_led1_flash_entry,
NULL,
THREAD_STACK_SIZE,
THREAD1_PRIORITY,
THREAD_TIMESLICE);
if(result!=RT_NULL)//線程創建成功
{
rt_thread_startup(result);
}
else
{
rt_kprintf("
rt_led1flashthreadcreatefailed
");
}
/*創建一個線程，名稱是rt_ledflash,入口是rt_ledflash_entry*/
result=rt_thread_create("rt_led2flash",rt_led2_flash_entry,
NULL,
THREAD_STACK_SIZE,
THREAD2_PRIORITY,
THREAD_TIMESLICE);
if(result!=RT_NULL)//線程創建成功
{
rt_thread_startup(result);
}
else
{
rt_kprintf("
rt_led2flashthreadcreatefailed
");
}
return0;
}

上面創建了兩個任務，rt-thread任務的數值越小優先級是越高的，我們設置任務1的優先級為27，任務2的優先級為26，按照優先級設置規則，任務2的優先級是比較高的，接下來我們通過打印的方式（LED就不展示啦）來看看是不是按照我們的優先級去執行，可以看到，任務2的優先級是比較任務1高的

然后我們測試下同一個優先級情況下會發生什么，不出意外的話，應該是先執行先創建的任務，下圖也可以看到，確實如此

至此，本節教程就完了，講的還是比較粗略的，LED就不展示啦，希望對小伙們有所幫助哈！

審核編輯：湯梓紅