2

FreeRTOS Notları #8: Task Notification

    Bu not serisinde tasklar arasında haberleşbilmenin birden fazla yolunu gördük. Bu yazıda tasklar arası haberleşmenin bir başka yolu olan task notification( task bildirim) mekanizmasına değinelim.
    Daha önce bahsettiğimiz queue, event groups ve semaphore üzerinden tasklar ile haberleşebilmek için nesne oluşturmak gerekiyordu. Aslında tasklar arasındaki haberleşme bu nesneler üzerinden yapılıyordu.
    Task bildirim mekanizması tasklar arasında doğrudan bir haberleşme imkanı sağlar. Yani xSemaphoreCreate() fonksiyonu gibi bir fonksiyon ile herhangi bir nesne oluşturmaya gerek kalmaz.
    Task bildirim özelliğini kullanabilmek için configUSE_TASK_NOTIFICATIONS makrosu 1 olarak ayarlanmalıdır. Eğer bu makro 1 olarak ayarlanırsa her task bir “Notification State” ve 32 bitlik bir “Notification Value” değerine sahip olur. Eğer bir task bildirim gönderiyorsa “notification state” i “pending” , eğer bildirim alıyorsa “not-pending” olarak ayarlanır.
    Task bildirim mekanizması queue, event groups ve semaphore dan daha hızlıdır. RAM kullanımı da diğerlerine göre daha azdır. Task bildirim mekanizması ise RAM de task başına 8 byte’lık alan kaplar.
    Task bildirim mekanizması hızlı ve daha az RAM kullanmasına rağmen bazı eksiklikleri vardır.
  • ISR e bildirim gönderme
    Diğer haberleşme nesneleri(queue, semaphore,event groups vb.)Task-Task, Task-ISR ve ISR-Task arasında çift yönlü kullanılabilirken , bildirimler sadece tasklar arasında ve ISR-Task arasında kullanılabilir. Bir tasktan bir ISR e bildirim gönderilemez.
  • Birden fazla taskı harekete geçirme
    Diğer nesnelere birden fazla task tarafından erişilebilirken(handle ile) task bildirimde ise sadece bir taska bildirim gönderilebilir. Yani bir bildirim ile birden fazla task harekete geçirilemez her taska ayrı ayrı bildirim gönderilmelidir.
  • Buffer da birden fazla veri tutamama.
    Queue kullanımında kuyrukta veriler depolanabiliyordu. Task bildirimde ise sadece bir adet veri(notification value) tutulur.
  • Gönderme tamamlanana kadar taskı bloklayamama.
    Queue kullanırken eğer kuyruk dolu veya boş iken tasklar opsiyonel olarak bloklanabiliyordu. Task bildirimde ise eğer task bildirimi zaten almışken tekrar bildirim göndersek bile gönderen taskı bloklayamıyoruz.

Task Bildirim Fonksiyonları

    Task bildirim mekanizması binary semaphore, counting semaphore , event grup ve hatta queue yerine kullanılabilen çok güçlü bir FreeRTOS özelliğidir. Bu geniş kullanım özelliğine sahip task bildirim mekanizmasında, bildirim göndermek için xTaskNotify() ve bildirim almak için xTaskNotifyWait() fonksiyonu kullanılabilir. Bu fonksiyonların daha basit halleri olan xTaskNotifyGive() ve ulTaskNotifyTake() fonksiyonları daha yaygın olarak kullanılır. Bu fonksiyonlar diğerlerine göre daha basit olmasına rağmen esnek değildirler.

xTaskNotifyGive() Fonksiyonu(Makrosu)

    Bir taska bildirim göndermek için xTaskNotifyGive() fonksiyonu kullanılır. Bu fonksiyon kullanıldığında bildirim alacak olan taskın “notification value” yani bildirim değeri bir artar ve bildirim alacak olan taskın “notification state” i “pending” olur.
  • xTaskNotify: Bildirim gönderilecek olan taskın handle’ı. Parametre olarak xTaskCreate() fonksiyonun döndürdüğü handle girilir.
  • Return Değeri: xTaskNotifyGive() makrosuna girilen parametreler xTaskNotify() fonksiyonuna iletilir. Bu fonksiyona girilen parametreler dönüş olarak sadece pdPASS olacak şekilde ayarlanır.
    Bu fonksiyonun interrupt-safe versiyonu xTaskNotifyGiveFromISR() şeklindedir.

ulTaskNotifyTake() Fonksiyonu

    Bu fonksiyon bildirim değeri(notification value) sıfırdan büyük olana kadar taskı bloklamaya izin verir. Aynı zamanda bildirimi aldıktan sonra bildirim değerini bir azaltır veya tamamen siler.

  • xClearCountOnExit: Bu parametre pdTRUE olarak girilirse bildirim değeri bu fonksiyon daha herhangi birşey döndürmeden önce sıfırlanır. Eğer pdFALSE olarak girilirse bu fonksiyonu çağıran taskın bildirim değeri bir azaltılır.
  • xTicksToWait: Taskın ne kadar bloklanacağının girildiği parametredir. Milisaniye cinsinden değer girilecek ise pdMS_TO_TICKS() fonksiyonu ile girilmelidir.
  • Return Değeri: Dönüş değeri olarak taskın bildirim değerini döndürür(temizleme veya azaltmadan önce).

xTaskNotify() Fonksiyonu

    xTaskNotify() fonksiyonu xTaskNotifyGive() fonksiyonunun daha komplex bir halidir.
  • Bildirim alacak olan task’ın bildirim değeri(notification value) birer arttırılabilir.
  • Bildirim değerinin bir veya birden fazla biti set edilebilir. Bu task bildirim değerinin bir event group gibi(event group tan daha hızlı) kullanılmasına izin verir.
    xTaskNotify() fonksiyonu xTaskNotifyGive() fonksiyonundan daha esnek ve güçlüdür. Bu ekstra esneklik ve güç yüzünden bu fonksiyonun kullanımı daha komplekstir. Bu fonksiyonun interrupt-safe versiyonu xTaskNotifyFromISR() şeklindedir.

  • xTaskToNotify: Bildirim gönderilecek olan task handle’ı. (xTaskCreate() fonksiyonunun döndürdüğü handle)
  • ulValue: Bildirim değeri. Bu parametrenin nasıl kullanılacağı eNotifyAction parametresine bağlıdır.
  • eNotifyAction: Bildirim değerinin nasıl değiştirileceğinin belirlendiği parametredir. Bu parametre ile ilgili detaylı bilgi aşağıda verilecektir.

eNotifyAction Parametresinin Alabileceği Değerler

eNoAction: Alıcı taskın bildirim durumu “pending” olarak set edilir. ulValue parametresi kullanılmaz. eNoAction parametresi task bildirimin binary semaphore gibi kullanılmasına izin verir.
eSetBits: ulValue parametresi ile alıcı taskın bildirim değeri bitwise OR işlemine tabi tutulur. Örneğin ulValue 0x01 olarak girilirse task bildirim değerinin(notification value) sıfırıncı biti set edilir. eSetBits parametresi task bildirim mekanizmasını event group’un daha hızlı bir versiyonu gibi kullanmayı sağlar.
eIncrement:  Task bildirim değeri bir arttırılır. ulValue parametresi kullanılmaz. eIncrement değeri task bildirimi counting semaphore veya binary semaphore’un daha hızlı bir versiyonu olarak kullanmaya izin verir. xTaskNotify() fonksiyonu bu değer ile kullanıldığında xTaskNotifyGive() fonksiyonuna eşdeğerdir.
eSetValueWithoutOverwrite: Alıcı task hali hazırda bir bildirim almış ise xTaskNotify() fonksiyonu pdFAIL değerini döndürür. Eğer taskın bildirimi yoksa ve xTaskNotify() fonksiyonu çağrılırsa bildirim değeri ulValue parametresine girilen değer olarak ayarlanır.
eSetValueWithOverwrite: Alıcı taskın xTaskNotify() fonksiyonu çağrılmadan önce bir bildirime sahip olup olmadığına bakılmaksızın task bildirim değeri ulValue değerine eşitlenir.

xTaskNotifyWait() Fonksiyonu

    xTaskNotifyWait() fonksiyonu xTaskNotifyTake() fonksiyonun daha kompleks bir halidir. xTaskNotifyWait() bitlerin hem fonksiyona girişte hem de çıkışta sıfırlanmasına izin verir.
  • ulBitsToClearOnEntry: Bu parametreye girilen değerin task bildirim değerindeki bit karşılığı fonksiyona girişte sıfırlanır. Örneğin bu parametre 0x01 olarak girilirse bildirim değerinin sıfırıncı biti fonksiyona girişte sıfırlanır.
  • ulBitsToClearOnExit: İlk parametrenin tam tersi olarak fonksiyondan çıkışta bu parametreye girilen bitleri temizler. Örneğin bu parametre 0x03 olarak girilirse bit 0 ve bit 1 fonksiyondan çıkmadan hemen önce temizlenir. Taskın bildirim değeri *pulNotificationValue parametresine girilen değişkene kaydedildikten sonra bitler temizlenir.
  • pulNotificationValue: Bildirim değerini başka bir değişkene atamak için kullanılır. Herhangi bir bit temizlenmeden task bildirim değeri bu parametreye girilen değişkene kopyalanır. Bu parametre opsiyoneldir. Kullanılmayacak ise NULL girilmelidir.
  • xTicksToWait: Taskı bloklamak için girilen bekleme süresi.
  • Return Değeri: Bildirim alınmış ise ve xTaskNotifyWait() fonksiyonu çağrılmadan önce task hali hazırda bir bildirime sahipse pdTRUE değeri döndürür. xTaskNotifyWait() fonksiyonu ile blok süresi boyunca herhangi bir bildirim alınmadı ise pdFALSE değerini döndürür.

FreeRTOS ile Task Notification Örneği

    Amaç: Hem bir Timer interrupt fonksiyonundan hem de bir tasktan başka bir taska bildirim gönder. İnterrupt fonksiyonu Task1 e bildirim göndersin. Task1 bildirimi alınca hemen ardından Task2 ye bir bildirim göndersin.
    Task Bildirimde bildirimin hangi taska gideceği task handle ile belirlenir. Bu yüzden her iki task için aşağıdaki gibi task handle tanımlanmıştır.

    Örnek olarak task fonksiyonları aşağıdaki gibi yazılabilir. Burada Task1 ve Task2 başlangıçta ulTaskNotfiyTake() fonksiyonu ile bildirim beklemektedir. Task1 bildirim aldığında Task2 ye bildirim gönderecek ve Task2 nin çalışmasını sağlayacaktır. Her iki taskın çalıştığını görmek için UART üzerinden string gönderilmiştir.

    Timer interrupt fonksiyonu aşağıdaki gibidir. Hatırlayalım; FreeRTOS systick timer’ı kullandığı için CubeMX’de HAL kütüphanesi Timer1’i kullanacak şekilde ayarlamıştık. Bu örnek için Timer2 yi 2 saniyede bir kesme oluşacak şekilde kullandım. Herhangi bir Timer kesmesi oluştuğunda program aşağıdaki fonksiyona dallanacaktır. Aşağıda görüldüğü gibi kesme kaynağı Timer2 den gelmiş ise Task1’e bildirim gönderilmiştir. Eğer daha yüksek öncelikli bir task çalışmak için hazırda bekliyorsa bir context switching oluşacak ve sıradaki task çalışacaktır.

    xTaskCreate() fonksiyonunu kullanırken son parametre olarak daha önce oluşturduğumuz task handle değişkenlerini girdik. Bu handle’lar yukarıda görüldüğü gibi bildirim gönderirken kullanılmıştır.

    Scheduler başlatılmadan önce timer başlatılmıştır. Timer, task fonksiyonlarından birinin içerisinde sonsuz döngü üzerinde de başlatılabilir hatta öyle daha güvenlidir çünkü scheduler başlamadan bir timer kesmesi oluşur ve kesme fonksiyonundan taska bildirim gönderilmeye çalışılırsa burada bir hata oluşabilir.

Tüm Kodlar ( FreeRTOS ile)

CMSIS-RTOS ile Task Notification

    CMSIS-RTOS da bildirim Signal Events kavramı ile kullanılır. Yani Signal Events fonksiyonları arka planda Task notification fonksiyonlarını kullanır. CubeMX te signal events ile ilgili yapılacak tek ayar “USE_TASK_NOTIFICATIONS” kutucuğunun “Enabled” olarak ayarlanmasıdır.  CMSIS-RTOS da tasklar arası bildirim göndermek için aşağıdaki fonksiyonlar kullanılır.

  • thread_id : Bildirim gönderilecek olan task handle’ı
  • signals : Gönderilecek olan 32 bitlik bildirim değeri.
  • Return değeri : Taskın önceki bildirim değeri veya yanlış parametreler durumunda  0x80000000 değerini döndürür.

  • signals : Task tarafından beklenen 32 bitlik bildirim değeri.
  • millisec : Taskı blocked state de tutmak için girilen süre.
  • Return değeri: osEvent tipinde bir struct döndürür. Bu struct ile bildirim değeri veya error tipine ulaşılabilir.
    Signal events ile ilgili diğer fonksiyonlar için buraya tıklayabilirsiniz.
    CMSIS-RTOS da task  fonksiyonlarını aşağıdaki gibi düzenleyebiliriz.

    Burada Task1 0x0001 bildirim değerini beklemektedir. Task2 ise farklı bir değer olan 0x0002 değerini beklemektedir. Her iki task ta aynı değeri bekleyebilir. Yukarıdaki fonksiyonlar FreeRTOS fonksiyonları ile yapılan örnekteki aynı işlemleri yapmaktadırlar.
    Timer Kesme fonksiyonu ise aşağıdaki gibi düzenlenmiştir.

    Burada dikkat edilirse CMSIS-RTOS da “fromISR” ile biten bir interrupt-safe fonksiyonu yoktur. osSignalSet() fonksiyonu interrupt veya task içinden çağrılabilecek şekilde yazılmıştır. osSignalSet() fonksiyonunun tanımlandığı yere gittiğimizde karşımıza aşağıdaki fonksiyon çıkar.

    Yukarıdaki fonksiyon incelendiğinde görüldüğü gibi bir handler yani interrupt içinden çağırıldığında xTaskGenericNotifyFromISR() fonksiyonu , bir task içerisinden çağrıldığında ise xTaskGenericNotify() fonksiyonu kullanılmaktadır.

Tüm Kodlar (CMSIS-RTOS ile)

Kaynaklar

Mehmet Topuz

Mehmet Topuz

2 Comments

    • Rica eder yorumunuz için ben teşekkür ederim. Umarım bu notların öğrenmek isteyenlere bir faydası dokunur.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir