目录
第15天：多核处理器支持
1. 多核处理器概述
2. FreeRTOS对多核处理器的支持
主要特性：
3. 配置和初始化
配置文件
初始化
4. 任务迁移
示例代码
5. 资源共享和同步
示例代码
6. 中断管理
示例代码
7. 小结
作业
第15天：多核处理器支持
1. 多核处理器概述
多核处理器是指在一个物理芯片上集成多个处理器核心的处理器。每个核心可以独立执行任务，从而提高系统的整体性能和并行处理能力。多核处理器广泛应用于高性能计算、嵌入式系统、服务器和移动设备等领域。
2. FreeRTOS对多核处理器的支持
FreeRTOS提供了一种称为FreeRTOS+MP（Multi-Processor）的扩展，专门用于支持多核处理器。FreeRTOS+MP允许开发者在同一多核处理器上运行多个FreeRTOS内核实例，每个核心可以独立运行一个FreeRTOS实例，从而实现任务的并行处理。
主要特性：
多内核实例：每个核心可以运行一个独立的FreeRTOS内核实例。任务迁移：支持任务在不同核心之间的迁移。资源共享：支持多核之间的资源共享和同步。中断管理：支持中断在多核之间的分配和处理。
3. 配置和初始化
为了在多核处理器上使用FreeRTOS，需要进行一些特定的配置和初始化步骤。
配置文件
在FreeRTOSConfig.h文件中，需要定义一些特定的多核配置选项：
C
深色版本
#define configNUM_CORES 2 // 定义核心数量
#define configUSE_MULTIPLE_CORES 1 // 启用多核支持
初始化
在多核处理器上启动FreeRTOS时，需要为每个核心单独初始化FreeRTOS内核实例。以下是一个示例：
C
深色版本
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "mpu_wrappers.h"
// 核心0的任务
void vCore0Task(void *pvParameters) {
while (1) {
// 核心0的任务代码
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
printf("Core 0 task running\n");
}
}
// 核心1的任务
void vCore1Task(void *pvParameters) {
while (1) {
// 核心1的任务代码
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
printf("Core 1 task running\n");
}
}
// 核心0的初始化函数
void vCore0Init(void) {
// 创建核心0的任务
xTaskCreate(vCore0Task, "Core0Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
// 启动核心0的调度器
vTaskStartScheduler();
}
// 核心1的初始化函数
void vCore1Init(void) {
// 创建核心1的任务
xTaskCreate(vCore1Task, "Core1Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
// 启动核心1的调度器
vTaskStartScheduler();
}
int main(void) {
// 初始化核心0
vCore0Init();
// 初始化核心1
vCore1Init();
// 如果调度器返回，说明内存不足或任务创建失败
for (;;);
}
4. 任务迁移
FreeRTOS+MP支持任务在不同核心之间的迁移。可以使用xTaskMigrate函数将任务从一个核心迁移到另一个核心。
C
深色版本
BaseType_t xTaskMigrate(TaskHandle_t xTask, UBaseType_t uxNewCoreID);
示例代码
C
深色版本
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "mpu_wrappers.h"
// 任务函数
void vTaskFunction(void *pvParameters) {
while (1) {
// 任务代码
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
printf("Task running on core %d\n", xPortGetCoreID());
}
}
int main(void) {
// 创建任务
TaskHandle_t xTaskHandle;
xTaskCreate(vTaskFunction, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, &xTaskHandle);
// 启动核心0的调度器
vTaskStartScheduler();
// 迁移任务到核心1
xTaskMigrate(xTaskHandle, 1);
// 如果调度器返回，说明内存不足或任务创建失败
for (;;);
}
5. 资源共享和同步
在多核处理器上，多个核心可能需要共享资源，如全局变量、外设等。FreeRTOS提供了多种同步机制，如互斥量、信号量和事件组，来确保资源的安全访问。
示例代码
C
深色版本
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"
// 定义互斥量
SemaphoreHandle_t xMutex;
// 核心0的任务
void vCore0Task(void *pvParameters) {
while (1) {
// 获取互斥量
if (xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
// 访问共享资源
sharedResource++;
xSemaphoreGive(xMutex);
}
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}
}
// 核心1的任务
void vCore1Task(void *pvParameters) {
while (1) {
// 获取互斥量
if (xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
// 访问共享资源
sharedResource--;
xSemaphoreGive(xMutex);
}
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}
}
int main(void) {
// 创建互斥量
xMutex = xSemaphoreCreateMutex();
// 创建核心0的任务
xTaskCreate(vCore0Task, "Core0Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
// 创建核心1的任务
xTaskCreate(vCore1Task, "Core1Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
// 启动核心0的调度器
vTaskStartScheduler();
// 如果调度器返回，说明内存不足或任务创建失败
for (;;);
}
6. 中断管理
在多核处理器上，中断可以分配给不同的核心处理。FreeRTOS提供了中断管理函数，如xPortInstallInterruptHandler和xPortRemoveInterruptHandler，来管理中断处理程序。
示例代码
C
深色版本
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "portmacro.h"
// 中断服务例程
void vISRHandler(void) {
// 快速处理中断事件
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
xSemaphoreGiveFromISR(xSemaphore, &xHigherPriorityTaskWoken);
if (xHigherPriorityTaskWoken) {
portYIELD_FROM_ISR();
}
}
int main(void) {
// 创建互斥量
xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
// 安装中断处理程序
xPortInstallInterruptHandler(INTERRUPT_NUMBER, vISRHandler, NULL);
// 创建任务
xTaskCreate(vTaskFunction, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);
// 启动调度器
vTaskStartScheduler();
// 如果调度器返回，说明内存不足或任务创建失败
for (;;);
}
7. 小结
通过今天的学习，你应该能够理解和掌握FreeRTOS在多核处理器上的支持和使用方法。以下是总结的关键点：
多核处理器概述：了解多核处理器的基本概念和优势。FreeRTOS对多核处理器的支持：了解FreeRTOS+MP的主要特性和功能。配置和初始化：在FreeRTOSConfig.h文件中定义多核配置选项，并为每个核心初始化FreeRTOS内核实例。任务迁移：使用xTaskMigrate函数实现任务在不同核心之间的迁移。资源共享和同步：使用互斥量、信号量和事件组等同步机制确保资源的安全访问。中断管理：使用中断管理函数管理中断处理程序，确保中断在多核之间的合理分配。
作业
多核任务分配：
编写一个FreeRTOS应用程序，创建多个任务，将任务分配到不同的核心上运行。观察任务在不同核心上的执行情况，记录并分析结果。 资源共享：
编写一个FreeRTOS应用程序，创建多个任务，使用互斥量保护共享资源的访问。观察任务对共享资源的访问情况，确保资源的安全性。 中断处理：
编写一个FreeRTOS应用程序，使用中断服务例程处理外部中断。将中断处理程序分配到不同的核心上，观察中断处理的及时性和有效性。 思考题：
在多核处理器上，如何合理分配任务，确保系统的高效和可靠？如何选择合适的同步机制，实现多核之间的高效通信？