低功耗 RTOS 演示——Atmel SAM4L
使用免费的 Atmel Studio 6 IDE、GCC 和 Atmel 软件框架
[RTOS 端口]

简介

此演示使用 FreeRTOS GCC ARM Cortex-M3/4 端口，免费的 Atmel Studio 6 IDE 和 综合 Atmel Sofeware Framework 的组件 (ASF) 的组件。 该项目经过预先配置，在 SAM4L-EK 评估套件上运行。

重要！关于使用 FreeRTOS SAM4L 演示项目的说明

1. 源代码组织
2. 演示应用程序
3. RTOS 配置和使用详情

源代码组织

ATSAM4L 演示应用程序的 Atmel Studio 6 Solution 文件名称是 FreeRTOS_Demo.atsln，位于 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4_ATSAM4L_Atmel_Studio 目录。

Atmel ARM Cortex-M4 演示应用程序

硬件设置

功能性

ConfigCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 1 时的功能

• 创建两个任务，一个 Rx 任务和一个 Tx 任务。

• Rx 任务阻塞一个队列以等待数据，每一次收到数据 LED 就会闪烁（打开，然后再关闭）， 阻塞队列。 LED 灯只是短暂闪烁，所以它 不会对电流读数产生太大影响。

• Tx 任务反复进入阻塞状态，长达 500 毫秒。 退出阻塞状态时， Tx 任务通过队列向 Rx 发送一个值， （导致 Rx 任务退出阻塞状态并闪烁 LED）。

当 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 1 时观察到的行为

MCU 将其大部分时间花在保持低功率状态（参见下文的 实施部分），在此期间， 内置在 SAM4L-EK 上的主板显示器上 会显示一个 较低的电流读数。

每隔 500 毫秒， MCU 会退出低功率状态以打开 LED， 然后返回到低功耗状态并维持 20 毫秒，然后再次退出低功耗状态 以关闭 LED。 这将表现为 LED 每 500 毫秒快速闪烁一次，以及 SAM4L-EK 内置的主板显示器上 当前功耗图表中 迅速出现的两个点。 由于速度太快， 这两个点通常看起来只有一个点。

当无滴答低功耗应用执行时，
主板显示器显示的电流读数

当 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 1 时 RTOS 的实现

标准 RTOS Cortex-M 端口使用 Cortex-M SysTick 计时器来生成 RTOS 滴答中断，但 SAM4L 进入保持模式时，SysTick 计时器会停止， 因此无法在此演示中使用。 相反，RTOS 滴答是 由异步计时器 (AST) 生成的。 AST 继续 在保持模式下运行，并且它的完整 32 位宽度和慢时钟显著延长了 RTOS 的滴答抑制时长，远远大于使用 SysTick 的时长。

ConfigCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 0 时的功能

• 软件定时器。
• 队列。
• 互斥锁。
• 信号量。

创建“检查”任务以定期检查标准 演示任务，以确保所有任务都能 正常运行。 检查软件定时器的 回调函数会切换 SAM4L-EK 硬件的 LED。 为系统健康 提供视觉反馈。 如果 LED 每 3 秒切换一次，则 检查软件定时器未发现任何问题。 如果 LED 每 200 毫秒切换一次，则表明检查软件定时器 在一个或多个任务中发现了问题。

构建和执行演示应用程序

1. 打开 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4_ATSAM4L_Atmel_Studio/FreeRTOS_Demo.atsln （从 Atmel Studio IDE 中打开）。

2. 打开 FreeRTOSConfig.h, 并将 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为生成 低功耗无滴答模式演示，或完整测试和演示应用程序， 根据需求操作。

3. 确保目标硬件使用 内置在 SAM4L-EK 主板上的 J-Link USB 连接器连接到主机上。

4. 从 IDE 的“构建”菜单中选择“构建解决方案” ， RTOS 演示项目的构建应该不会报错或出现警告。

5. 构建完成后，从 IDE 的“调试”菜单中选择“开始调试并中断” 对 SAM4L 微控制器闪存进行编程，启动调试 会话，并命令调试程序中断向 main() 函数输入。

   有两件事会阻止下载：

   1. 如果 SAM4L-EK 事先未连接，那么 J-Link 驱动程序 可能会打开一个窗口，询问您是否要更新 J-Link 固件，但窗口会（至少在本文写作时） 出现在 Atmel Studio 6 窗口下方。

   2. J-Link 将默认为使用 JTAG 模式，但 SAM4L-EK 需要 SWD 模式，如下所示：
      
      确保使用 SWD 模式

6. 确保调试器已停止（完全停止，而不仅仅是暂停），并且 应用程序在获取电流读数之前是自由运行的。

RTOS 配置和使用详情

ARM Cortex-M4 FreeRTOS 端口特定配置

• configTICK_RATE_HZ

  此常量设置了 RTOS tick 中断的频率。 此演示 使用的设置取决于 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置。

• configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 和 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

  请 参阅 RTOS 内核配置文档，获取这些配置常量的完整信息。

• configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 和 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

  尽管 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 和 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 是完整的 8 位偏移值，定义为原始值，直接用于 ARM Cortex-M4 NVIC 寄存器；configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 和 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 与其等效，但定义为仅使用 4 个优先级位，用于 SAM4 NVIC。 提供这些值是因为 CMSIS 库函数 NVIC_SetPriority() 需要未偏移的 4 位格式。

请注意！： 请参阅说明如何在 ARM Cortex-M 设备上设置中断优先级的页面。 请记住，ARM Cortex-M 核心中， 数字越小表示中断优先级越高。 这一点 可能有悖直觉，容易混淆！ 如果要将 中断设置为低优先级，请不要将其优先级指定为 0（或其他低数值）， 因为这会导致该中断在系统中具有 最高优先级，并且如果这个优先级 高于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY，可能会导致系统崩溃。 另外，请勿忘记 分配中断优先级，因为默认情况下，中断优先级为 0， 这可能导致其处于最高优先级。

ARM Cortex-M 核心上的最低优先级实际上是 255，但不同 ARM Cortex-M 微控制器制造商会实现不同数量的优先级位， 并提供优先级指定方式不同的库函数。 例如， 在Atmel SAM4 ARM CORTEX-M4微控制器上，您可以指定的最低优先级实际上为15 -这是由 FreeRTOSConfig.hCONFIGLIBRARY_LOWEST_INTRUPT_PROJECT中常数定义的。 可指定的最高优先级 始终为零。

我们还建议确保将所有优先级位分配为 抢占式优先级位，并且不设置子优先级位，就和演示 中的一样。

每个移植 #defines 'BaseType_t' 为对该处理器而言最有效的 数据类型。 此移植将 BaseType_t 定义为长类型。

中断服务例程

请注意，portEND_SWITCHING_ISR() 将启用中断。

下列源代码片段仅作为示例提供。 中断 使用信号量与任务（未显示）同步，并调用 portEND_SWITCHING_ISR() 以确保如果任务的优先级等同或高于中断优先级， 则中断会直接返回任务。 另一例子请参阅 此示例中 serial.c 文件中的 USART1_Handler() 函数 。

void Dummy_IRQHandler(void)
{
long lHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    /* Clear the interrupt if necessary. */
    Dummy_ClearITPendingBit();

    /* This interrupt does nothing more than demonstrate how to synchronise a
    task with an interrupt.  A semaphore is used for this purpose.  Note
    lHigherPriorityTaskWoken is initialised to zero. */
    xSemaphoreGiveFromISR( xTestSemaphore, &lHigherPriorityTaskWoken );

    /* If there was a task that was blocked on the semaphore, and giving the
    semaphore caused the task to unblock, and the unblocked task has a priority
    higher than the current Running state task (the task that this interrupt
    interrupted), then lHigherPriorityTaskWoken will have been set to pdTRUE
    internally within xSemaphoreGiveFromISR().  Passing pdTRUE into the
    portEND_SWITCHING_ISR() macro will result in a context switch being pended to
    ensure this interrupt returns directly to the unblocked, higher priority,
    task.  Passing pdFALSE into portEND_SWITCHING_ISR() has no effect. */
    portEND_SWITCHING_ISR( lHigherPriorityTaskWoken );
}

只有以 “FromISR” 结尾的 FreeRTOS API 函数可以从 中断服务例程中调用 - 而且中断的优先级须 小于或等于 configMAX_SYSCALL_interrupt_PRIORITY 配置常量（或 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）设置的优先级。

FreeRTOS 使用的资源

抢占式内核和协作式 RTOS 内核之间的切换

编译器选项

内存分配

其他事项