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FreeRTOS进阶—事件组

[!TIP] 🚀 FreeRTOS 事件组 | 高效的任务同步与状态管理

💡 碎碎念😎：本节将介绍 FreeRTOS 中的事件组机制，帮助你在多任务环境中实现高效的任务同步和状态管理。

📺 视频教程：🚧 开发中

💾 示例代码：ESP32-Guide/code/05.freertos_advanced/event_group

事件组是一种实现任务间通信和同步的机制，主要用于协调多个任务或中断之间的执行。

事件位（事件标志）：事件位用于指示事件是否发生。事件位通常称为事件标志。例如，应用程序可以：定义一个位（或标志），设置为 1 时表示“已收到消息并准备好处理”，设置为 0 时表示“没有消息等待处理”。定义一个位（或标志），设置为 1 时表示“应用程序已将准备发送到网络的消息排队”，设置为 0 时表示 “没有消息需要排队准备发送到网络”。定义一个位（或标志），设置为 1 时表示“需要向网络发送心跳消息”，设置为 0 时表示“不需要向网络发送心跳消息”。

事件组：事件组就是一组事件位。事件组中的事件位通过位编号来引用。同样，以上面列出的三个例子为例：事件标志组位编号为 0 表示“已收到消息并准备好处理”。事件标志组位编号为 1 表示“应用程序已将准备发送到网络的消息排队”。事件标志组位编号为 2 表示“需要向网络发送心跳消息”。

事件组和事件位数据类型：

事件组由 EventGroupHandle_t 类型的变量引用。

如果 configUSE_16_BIT_TICKS 设为 1，则事件组中存储的位（或标志）数为 8；如果 configUSE_16_BIT_TICKS 设为 0，则为 24。 configUSE_16_BIT_TICKS 的值取决于任务内部实现中用于线程本地存储的数据类型。

(ESP-IDF中默认为24位)

事件组中的所有事件位都存储在 EventBits_t 类型的单个无符号整数变量中。事件位 0 存储在位 0 中，事件位 1 存储在位1 中，依此类推。

下图表示一个 24 位事件组，使用 3 个位来保存前面描述的 3 个示例事件。在图片中，仅设置了事件位 2。（包含 24 个事件位的事件组，其中只有三个在使用中）

事件组 RTOS API 函数

提供的事件组 API 函数允许任务在事件组中设置一个或多个事件位，清除事件组中的一个或多个事件位，并挂起（进入阻塞状态，因此任务不会消耗任何处理时间）以等待事件组中一个或多个事件位固定下来。

事件组也可用于同步任务，创建通常称为“集合”的任务。任务同步点是应用程序代码中的一个位置，在该位置任务将在阻塞状态（不消耗任何 CPU 时间）下等待，直到参与同步的所有其他任务也到达其同步点。

1. API说明：

事件组操作主要涉及以下几个 API：

函数名	功能	备注
xEventGroupCreate	创建一个事件组	返回一个事件组句柄，供后续操作使用
xEventGroupSetBits	设置一个或多个事件标志	用于通知其他任务某些事件已发生
xEventGroupClearBits	清除一个或多个事件标志	用于复位事件标志，防止重复触发
xEventGroupWaitBits	等待一个或多个事件标志的设置状态	任务可以选择阻塞，直到指定事件发生
xEventGroupGetBits	查询当前事件组的状态	返回事件组中所有事件标志的当前状态
xEventGroupSync	同步多个任务	用于实现多个任务在同一时刻达到某一同步点后继续执行

xEventGroupCreate：创建事件组

原型：

EventGroupHandle_t xEventGroupCreate(void);

返回值：成功时返回事件组句柄；失败时返回 NULL。

示例：

EventGroupHandle_t xEventGroup;
xEventGroup = xEventGroupCreate();
if (xEventGroup == NULL) {
    // 创建事件组失败，处理错误
}

xEventGroupSetBits：设置事件标志

原型：

EventBits_t xEventGroupSetBits(EventGroupHandle_t xEventGroup, const EventBits_t uxBitsToSet);

参数说明：

xEventGroup：事件组句柄。
uxBitsToSet：需要设置的事件标志位（按位表示，例如 0x01 设置第 0 位）。 返回值：返回事件组在调用前的状态。

xEventGroupWaitBits：等待事件标志

读取 RTOS 事件组中的位，选择性地进入“阻塞”状态（已设置超时值）以等待设置单个位或一组位。无法从中断调用此函数。

原型：

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

参数说明：

xEventGroup：事件组句柄。
uxBitsToWaitFor：需要等待的事件标志位（按位表示）。
xClearOnExit：是否在退出等待时清除指定的事件标志。
xWaitForAllBits：是否等待所有指定事件标志都被设置，还是任意一个即可。
xTicksToWait：等待的最大时间（以 Tick 为单位，portMAX_DELAY 表示无限等待）。

返回值：返回当前满足条件的事件标志状态。

示例：

EventBits_t uxBits;
uxBits = xEventGroupWaitBits(
    xEventGroup,      // 事件组句柄
    0x03,             // 等待第 0 位和第 1 位
    pdTRUE,           // 退出等待时清除事件标志
    pdFALSE,          // 等待任意一个事件
    portMAX_DELAY     // 无限等待
);

if (uxBits & 0x01) {
    // 第 0 位事件发生
}

if (uxBits & 0x02) {
    // 第 1 位事件发生
}

xEventGroupSync：同步任务

以原子方式设置 RTOS 事件组中的位（标志），然后等待在同一事件组中设置位的组合。此功能通常用于同步多个任务（通常称为任务集合），其中每个任务必须等待其他任务到达同步点后才能继续。

原型：

EventBits_t xEventGroupSync(
    EventGroupHandle_t xEventGroup,
    const EventBits_t uxBitsToSet,
    const EventBits_t uxBitsToWaitFor,
    TickType_t xTicksToWait
);

参数说明：

xEventGroup：事件组句柄。
uxBitsToSet：当前任务设置的事件标志位。
uxBitsToWaitFor：需要等待的其他任务设置的事件标志位。
xTicksToWait：最大等待时间。 返回值：返回事件组的当前状态。

示例：

xEventGroupSync(
    xEventGroup,  // 事件组句柄
    0x01,         // 当前任务设置第 0 位
    0x03,         // 等待第 0 位和第 1 位都被设置
    portMAX_DELAY // 无限等待
);

2 示例程序：

1. 事件组等待

task1等待task2设置事件位，然后执行程序：

// 事件组
#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/event_groups.h"

static const char *TAG = "main";

EventGroupHandle_t xCreatedEventGroup;

#define BIT_0 (1 << 0)
#define BIT_4 (1 << 4)

void task1(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "-------------------------------");
    ESP_LOGI(TAG, "task1启动!");

    while (1)
    {
        EventBits_t uxBits;
        uxBits = xEventGroupWaitBits(
            xCreatedEventGroup, /* The event group being tested. */
            BIT_0 | BIT_4,      /* The bits within the event group to wait for. */
            pdTRUE,             /* BIT_0 & BIT_4 should be cleared before returning. */
            pdFALSE,            /* Don't wait for both bits, either bit will do. */
            portMAX_DELAY);     /* Wait a maximum of 100ms for either bit to be set. */

        if ((uxBits & (BIT_0 | BIT_4)) == (BIT_0 | BIT_4))
        {
            ESP_LOGI(TAG, "BIT_0 和 BIT_4 都被设置了");
        }
        else
        {
            ESP_LOGI(TAG, "BIT_0 和 BIT_4 有一个被设置了");
        }
    }
}

void task2(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "task2启动!");
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    while (1)
    {
        xEventGroupSetBits(xCreatedEventGroup, BIT_0);
        ESP_LOGI(TAG, "BIT_0 被设置");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
        xEventGroupSetBits(xCreatedEventGroup, BIT_4);
        ESP_LOGI(TAG, "BIT_4 被设置");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    }
}

void app_main(void)
{

    // 创建事件组
    xCreatedEventGroup = xEventGroupCreate();

    if (xCreatedEventGroup == NULL)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "创建事件组失败");
    }
    else
    {
        xTaskCreate(task1, "task1", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
        xTaskCreate(task2, "task2", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
    }
}

2. 事件组同步

每个任务在启动后，等待一段时间，然后调用xEventGroupSync函数进行事件同步，等待所有任务的事件位都被设置。

// 事件组
#include <stdio.h>
#include "esp_log.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/event_groups.h"

/* Bits used by the three tasks. */
#define TASK_0_BIT (1 << 0)
#define TASK_1_BIT (1 << 1)
#define TASK_2_BIT (1 << 2)

#define ALL_SYNC_BITS (TASK_0_BIT | TASK_1_BIT | TASK_2_BIT)

static const char *TAG = "main";
EventGroupHandle_t xEventBits;


void task0(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "-------------------------------");
    ESP_LOGI(TAG, "task0启动!");

    while (1)
    {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
        ESP_LOGI(TAG, "task0: 任务同步开始");
        // 事件同步
        xEventGroupSync(
            xEventBits,     /* The event group being tested. */
            TASK_0_BIT,     /* The bits within the event group to wait for. */
            ALL_SYNC_BITS,  /* The bits within the event group to wait for. */
            portMAX_DELAY); /* Wait a maximum of 100ms for either bit to be set. */

    ESP_LOGI(TAG, "task0: 任务同步完成");
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    }
}
void task1(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "-------------------------------");
    ESP_LOGI(TAG, "task1启动!");

    while (1)
    {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(4000));
        ESP_LOGI(TAG, "task1: 任务同步开始");

        // 事件同步
        xEventGroupSync(
            xEventBits,     /* The event group being tested. */
            TASK_1_BIT,     /* The bits within the event group to wait for. */
            ALL_SYNC_BITS,  /* The bits within the event group to wait for. */
            portMAX_DELAY); /* Wait a maximum of 100ms for either bit to be set. */

        ESP_LOGI(TAG, "task1: 任务同步完成");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    }
}

void task2(void *pvParameters)
{
    ESP_LOGI(TAG, "-------------------------------");
    ESP_LOGI(TAG, "task2启动!");

    while (1)
    {
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));
        ESP_LOGI(TAG, "task2: 任务同步开始");
        // 事件同步
        xEventGroupSync(
            xEventBits,     /* The event group being tested. */
            TASK_2_BIT,     /* The bits within the event group to wait for. */
            ALL_SYNC_BITS,  /* The bits within the event group to wait for. */
            portMAX_DELAY); /* Wait a maximum of 100ms for either bit to be set. */

        ESP_LOGI(TAG, "task2: 任务同步完成");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    }
}


void app_main(void)
{
    // 创建事件组
    xEventBits = xEventGroupCreate();

    if (xEventBits == NULL)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "创建事件组失败");
    }
    else
    {
        xTaskCreate(task0, "task0", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
        xTaskCreate(task1, "task1", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
        xTaskCreate(task2, "task2", 1024 * 2, NULL, 1, NULL);
    }
}

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FreeRTOS进阶—事件组

1. API说明：

xEventGroupCreate：创建事件组

xEventGroupSetBits：设置事件标志

xEventGroupWaitBits：等待事件标志

xEventGroupSync：同步任务

2 示例程序：

1. 事件组等待

2. 事件组同步

12 KiB

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