5分钟学习笔记(FreeRTOS)(七)

一、EventGroup 事件组

EventGroup 是 FreeRTOS 中用于任务同步的一种机制。事件组本质上是一组事件标志位，每一个 bit 可以表示一个事件是否发生。

例如：

#define EVENT_UART_RX (1UL << 0) #define EVENT_CAN_RX (1UL << 1) #define EVENT_ADC_DONE (1UL << 2) #define EVENT_FLASH_OK (1UL << 3)

这几个 bit 可以放在同一个 EventGroup 中，用来表示不同事件：

bit0：串口接收事件 bit1：CAN 接收事件 bit2：ADC 采样完成事件 bit3：Flash 操作完成事件

任务可以通过xEventGroupWaitBits()等待一个或多个事件位。

当配置为等待任意 bit 时，只要任务关心的事件中有任意一个发生，任务就会被唤醒，这相当于逻辑或。

当配置为等待所有 bit 时，只有任务关心的所有事件都发生后，任务才会被唤醒，这相当于逻辑与。

EventGroup 的事件位具有保持作用，不要求多个事件在同一时刻发生。例如 bit0 先被置位，bit1 后被置位，只要两个 bit 最终都满足，等待所有 bit 的任务就可以被唤醒。

需要注意的是，EventGroup 只表示事件状态，不传递具体数据。如果需要传递数据内容，应使用队列；如果只是中断一对一通知任务，可以使用任务通知；如果是保护共享资源，应使用 Mutex。

另外，EventGroup 并不是所有 bit 都可以给用户使用。FreeRTOS 内部会占用高 8 位。通常情况下：

EventBits_t 为 32 位时，用户一般可用 24 个事件 bit EventBits_t 为 16 位时，用户一般可用 8 个事件 bit

所以实际工程中建议从 bit0 开始依次定义事件位，不要随意使用高位 bit。

二、EventGroup 创建

使用事件组前，需要先创建 EventGroup。

#include "FreeRTOS.h" #include "event_groups.h" #define EVENT_UART_RX (1UL << 0) #define EVENT_CAN_RX (1UL << 1) #define EVENT_ADC_DONE (1UL << 2) static EventGroupHandle_t g_event_group = NULL; void App_EventGroupInit(void) { g_event_group = xEventGroupCreate(); if(g_event_group == NULL) { Error_Handler(); } }

xEventGroupCreate()创建成功后，会返回一个事件组句柄。后续设置事件位、等待事件位，都需要使用这个句柄。

三、等待任意一个事件

下面这个例子表示：任务等待 UART 或 CAN 任意一个事件发生。

#define EVENT_UART_RX (1UL << 0) #define EVENT_CAN_RX (1UL << 1) extern EventGroupHandle_t g_event_group; void CommTask(void *argument) { EventBits_t bits; while(1) { bits = xEventGroupWaitBits(g_event_group, EVENT_UART_RX | EVENT_CAN_RX, pdTRUE, // 退出时清除已满足的 bit pdFALSE, // 等任意一个 bit portMAX_DELAY); if(bits & EVENT_UART_RX) { // 处理串口接收事件 } if(bits & EVENT_CAN_RX) { // 处理 CAN 接收事件 } } }

这里：

xWaitForAllBits = pdFALSE;

表示等待任意一个 bit。

只要EVENT_UART_RX或EVENT_CAN_RX任意一个事件发生，CommTask就会被唤醒。

四、等待所有事件都发生

下面这个例子表示：任务需要等待文件名正确、Flash 擦除完成、CRC 校验正确，三个条件全部满足后才继续执行。

#define EVENT_FILE_NAME_OK (1UL << 0) #define EVENT_FLASH_ERASE_OK (1UL << 1) #define EVENT_CRC_OK (1UL << 2) #define EVENT_UPGRADE_ALL_OK (EVENT_FILE_NAME_OK | \ EVENT_FLASH_ERASE_OK | \ EVENT_CRC_OK) extern EventGroupHandle_t g_event_group; void UpgradeTask(void *argument) { EventBits_t bits; while(1) { bits = xEventGroupWaitBits(g_event_group, EVENT_UPGRADE_ALL_OK, pdTRUE, // 退出时清除 pdTRUE, // 等所有 bit portMAX_DELAY); if((bits & EVENT_UPGRADE_ALL_OK) == EVENT_UPGRADE_ALL_OK) { // 文件名正确、擦除完成、CRC 正确 // 可以进入下一步升级流程 } } }

这里：

xWaitForAllBits = pdTRUE;

表示必须所有指定 bit 都被置位，等待条件才成立。

这类用法适合：

多个条件最终都要满足 但这些条件不一定在同一时刻发生

五、xEventGroupWaitBits() 函数说明

函数原型：

EventBits_t xEventGroupWaitBits( const EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToWaitFor, const BaseType_t xClearOnExit, const BaseType_t xWaitForAllBits, TickType_t xTicksToWait );

这个函数用于等待事件组中的一个或多个事件位。

1. xEventGroup

事件组句柄，由xEventGroupCreate()创建。

2. uxBitsToWaitFor

指定任务要等待哪些 bit，也就是任务关心哪些事件。

例如：

EVENT_UART_RX | EVENT_CAN_RX

表示任务关心 UART 接收事件和 CAN 接收事件。

3. xClearOnExit

xClearOnExit表示当等待条件满足并且函数返回时，是否自动清除对应事件位。

如果设置为：

xClearOnExit = pdTRUE;

表示函数因为事件满足而返回前，会清除uxBitsToWaitFor中已经满足的事件位。

如果设置为：

xClearOnExit = pdFALSE;

表示函数返回时不改变事件组中的 bit。

例如：

xEventGroupWaitBits(g_event_group, EVENT_UART_RX, pdTRUE, pdFALSE, pdMS_TO_TICKS(100));

如果 100ms 内EVENT_UART_RX发生了，函数返回前会清除EVENT_UART_RX。

如果 100ms 到了还没发生，函数超时返回，不会因为xClearOnExit去清除EVENT_UART_RX。

使用xClearOnExit = pdTRUE时要注意一个问题：

xEventGroupWaitBits(g_event_group, EVENT_UART_RX | EVENT_CAN_RX, pdTRUE, pdFALSE, portMAX_DELAY);

这表示等待 UART 或 CAN 任意一个事件。

如果 UART 和 CAN 两个 bit 都已经置位，那么函数返回前可能会把两个 bit 都清除。所以必须根据返回值bits及时判断并处理对应事件。

如果希望更可控，也可以设置：

xClearOnExit = pdFALSE;

然后处理完事件后手动清除：

xEventGroupClearBits(g_event_group, EVENT_UART_RX);

4. xWaitForAllBits

xWaitForAllBits用来决定等待条件是逻辑或还是逻辑与。

如果设置为：

xWaitForAllBits = pdFALSE;

表示uxBitsToWaitFor中任意一个 bit 被置位，等待条件就满足。

如果设置为：

xWaitForAllBits = pdTRUE;

表示必须所有指定 bit 都被置位，等待条件才满足。

5. xTicksToWait

xTicksToWait表示当等待条件不满足时，任务最多阻塞等待多少 tick。

例如：

0

表示不等待，立即检查事件位，条件不满足就立即返回。

pdMS_TO_TICKS(100)

表示最多等待 100ms。

portMAX_DELAY

通常表示一直等待，直到条件满足。

6. 返回值

xEventGroupWaitBits()的返回值类型是：

EventBits_t

返回值表示函数返回时事件组中的 bit 状态。使用时应该根据返回值判断具体是哪一个事件发生。

例如：

EventBits_t bits; bits = xEventGroupWaitBits(g_event_group, EVENT_UART_RX | EVENT_CAN_RX, pdTRUE, pdFALSE, portMAX_DELAY); if(bits & EVENT_UART_RX) { // UART 事件发生 } if(bits & EVENT_CAN_RX) { // CAN 事件发生 }

即使xClearOnExit设置为pdTRUE，返回值bits仍然可以用来判断本次是哪些事件满足了条件。

六、软件定时器

软件定时器是 FreeRTOS 提供的一种定时机制，它基于系统 Tick 和 Timer Service Task 实现，不需要每个定时功能都占用一个硬件定时器。

软件定时器创建后，启动定时器。当经过设定的 tick 数后，FreeRTOS 会在 Timer Service Task 中调用用户注册的回调函数。

软件定时器的定时精度与系统 Tick 周期有关，同时也会受到任务调度、Timer Service Task 优先级和系统负载影响。

软件定时器适合低精度定时任务，例如：

LED 周期闪烁 通信超时检测 按键消抖 状态机超时 心跳包发送

不适合高精度实时控制，例如：

PWM 输出 ADC 精确定时采样 电机电流环 微秒级延时

七、软件定时器相关配置

使用 FreeRTOS 软件定时器，需要在FreeRTOSConfig.h中打开相关配置。

常见配置如下：

#define configUSE_TIMERS 1 #define configTIMER_TASK_PRIORITY 2 #define configTIMER_QUEUE_LENGTH 10 #define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH 256 #define configTICK_RATE_HZ 1000

含义：

configUSE_TIMERS： 是否启用软件定时器。 configTIMER_TASK_PRIORITY： Timer Service Task 的优先级。 configTIMER_QUEUE_LENGTH： 软件定时器命令队列长度。 configTIMER_TASK_STACK_DEPTH： Timer Service Task 的栈大小。 configTICK_RATE_HZ： 系统 Tick 频率。

例如：

#define configTICK_RATE_HZ 1000

表示 1 秒产生 1000 个 Tick，也就是：

1 tick = 1ms

实际工程中，通常使用pdMS_TO_TICKS()把毫秒转换为 tick。

八、单次定时器

单次定时器启动后，定时时间到达时只执行一次回调函数。回调执行完后，定时器停止，但不会自动删除。

如果需要再次使用，可以重新调用：

xTimerStart();

或者：

xTimerReset();

如果不再使用，需要调用：

xTimerDelete();

示例代码：

#include "FreeRTOS.h" #include "task.h" #include "timers.h" static TimerHandle_t g_one_shot_timer = NULL; static void OneShotTimerCallback(TimerHandle_t xTimer) { (void)xTimer; /* 单次定时器到期后执行一次这里。 回调执行完后，定时器停止，但不会自动删除。 注意：不要在软件定时器回调中写耗时操作。 */ LED_Toggle(); } void App_OneShotTimerCreate(void) { g_one_shot_timer = xTimerCreate("OneShot", pdMS_TO_TICKS(1000), pdFALSE, NULL, OneShotTimerCallback); if(g_one_shot_timer == NULL) { Error_Handler(); } if(xTimerStart(g_one_shot_timer, 0) != pdPASS) { Error_Handler(); } }

这个例子表示：

启动后 1000ms 执行一次 OneShotTimerCallback() 执行完后定时器停止 定时器对象不会自动删除

如果想再次启动：

xTimerStart(g_one_shot_timer, 0);

如果不再使用：

xTimerDelete(g_one_shot_timer, 0);

九、周期定时器

周期定时器启动后，会按照设置的周期反复执行回调函数，直到用户调用xTimerStop()停止，或者调用xTimerDelete()删除。

示例代码：

#include "FreeRTOS.h" #include "task.h" #include "timers.h" static TimerHandle_t g_period_timer = NULL; static void PeriodTimerCallback(TimerHandle_t xTimer) { (void)xTimer; /* 周期执行。 注意：不要在这里写耗时操作。 */ LED_Toggle(); } void App_PeriodTimerCreate(void) { g_period_timer = xTimerCreate("PeriodTimer", pdMS_TO_TICKS(500), pdTRUE, NULL, PeriodTimerCallback); if(g_period_timer == NULL) { Error_Handler(); } if(xTimerStart(g_period_timer, 0) != pdPASS) { Error_Handler(); } }

这个例子表示：

每 500ms 执行一次 PeriodTimerCallback() 直到用户调用 xTimerStop() 或 xTimerDelete()

停止周期定时器：

xTimerStop(g_period_timer, 0);

删除周期定时器：

xTimerDelete(g_period_timer, 0);

十、软件定时器回调注意事项

软件定时器的回调函数不是在硬件中断中执行，而是在 FreeRTOS 的 Timer Service Task 中执行。

因此，软件定时器回调函数中不要执行耗时操作，也不要长时间阻塞。

不建议在回调函数中做这些事情：

Flash 擦除 大量数据处理 长时间 while 循环 等待队列、信号量、事件组 调用长时间阻塞的 API

因为所有软件定时器回调都由同一个 Timer Service Task 调用。如果某个回调函数执行时间过长，会影响其他软件定时器的回调执行。

比较推荐的做法是：

软件定时器回调中只做简单标志置位或通知任务 真正耗时的处理放到任务中完成

例如：

static void TimeoutCallback(TimerHandle_t xTimer) { (void)xTimer; xEventGroupSetBits(g_event_group, EVENT_TIMEOUT); }

然后在任务中处理超时事件。

十一、EventGroup 和软件定时器的典型组合

在工程中，EventGroup 和软件定时器经常配合使用。

例如 IAP 升级超时检测：

收到升级开始命令 ↓ 启动单次软件定时器 ↓ 等待升级数据帧 ↓ 每收到一帧合法数据，重置软件定时器 ↓ 如果长时间没有收到下一帧，软件定时器超时 ↓ 定时器回调设置 EVENT_TIMEOUT 事件位 ↓ UpgradeTask 被唤醒，进入超时错误处理

这种设计的好处是：

软件定时器负责判断是否超时 EventGroup 负责通知任务发生了超时事件 任务负责真正的错误处理

定时器回调中只设置事件位，不做复杂处理。

十二、总结

EventGroup 适合处理多个事件条件的同步。每一个 bit 可以表示一个事件，任务可以等待任意一个 bit，也可以等待所有指定 bit。EventGroup 只表示事件状态，不传递具体数据。

xEventGroupWaitBits()是等待事件位的核心 API。其中uxBitsToWaitFor指定等待哪些 bit，xClearOnExit决定返回时是否清除事件位，xWaitForAllBits决定等待任意 bit 还是所有 bit，xTicksToWait决定最大阻塞时间。函数返回值EventBits_t可以用来判断具体哪些事件发生。

软件定时器是 FreeRTOS 基于系统 Tick 和 Timer Service Task 实现的定时机制，适合低精度定时任务。单次定时器到期后执行一次回调并停止，但不会自动删除；周期定时器到期后会自动重新装载并继续运行。

软件定时器回调函数中不应执行耗时或长时间阻塞的操作。更好的工程设计是：回调函数中只设置事件位或通知任务，真正的数据处理、Flash 操作、协议处理等耗时工作放到任务中完成。

一句话总结：

EventGroup 用来等多个事件条件，软件定时器用来做低精度超时和周期触发，两者配合可以很好地实现任务同步和超时控制。