RTOS를 사용하는 가장 큰 목적이 멀티태스킹이므로 어떻게 멀티태스크 환경을 설정하고, 태스크를 만들고, 선점 스케줄러를 시작시키는가를 보여주기 위해 두개의 독립적인 태스크가 동시에 실행되는 프로그램을 만들어 보겠다.
이 예제에는 두개의 독립적인 태스크가 있다. 첫번째는 “LED”라는 이름으로 LED를 일정한 시간 간격으로 깜빡이게 하는 것이고, 두번째는 “Temperature”라는 이름으로 주기적으로 외부 온도 센서의 측정값을 읽어 시리얼 포트로 결과를 출력하는 것이다. 두 태스크는 같은 우선순위로 실행되고, 스케줄러는 다른 태스크가 실행될 수 있도록 실행중인 태스크를 선점한다.
#include <FreeRTOS_AVR.h>
#define MS(x) (((unsigned long)(x)*configTICK_RATE_HZ)/1000L)
static void Led(void* arg);
static void Light(void* arg);
static void Led(void* arg) {
boolean ledState = false;
pinMode(13, OUTPUT);
while (1) {
digitalWrite(13, ledState);
ledState = !ledState;
vTaskDelay(MS(500));
}
}
static void Light(void* arg) {
short l = 0;
TickType_t xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
const TickType_t xWakePeriod = 2000/portTICK_PERIOD_MS; // 2 sec
while (1) {
l = analogRead(0);
Serial.print("Light: ");
Serial.println(l);
vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xWakePeriod);
}
}
void setup() {
portBASE_TYPE s1, s2;
Serial.begin(115200);
s1 = xTaskCreate(Led, NULL, 200, NULL, 1, NULL);
s2 = xTaskCreate(Light, NULL, 200, NULL, 1, NULL);
vTaskStartScheduler(); // start scheduler
while(1);
}
void loop() {
}
LED 태스크는 먼저 LED가 연결된 (여기서는 아두이노에 기본으로 연결되어 있는 13번) 핀을 출력모드로 설정한 후 일정한 시간 간격으로 LED를 깜빡이게 한다.
Light 태스크 역시 일정한 시간 간격으로 A0 핀에 연결된 CDS값을 AD변환하여 조도를 측정해 결과 값을 시리얼 포트로 출력해 준다.
태스크는 무한 루프를 포함한 함수로 구성되고, 태스크 함수의 프로토타입은 다음과 같다.
void TaskFunction (void *pvParameters);
위의 코드를 보면 두개의 태스크에서 시간을 delay하기 위해 서로 다른 함수를 사용한 것을 알 수 있다. LED task에서는 vTaskDelay() 함수를 사용한데 비해 Light task에서는 vTaskDelayUntil() 함수를 사용하고 있다.
void vTaskDelay ( portTickType xTicksToDelay );
void vTaskDelayUntil ( portTickType *pxPreviousWakeTime, portTickType xTimeIncrement );
두 함수 모두 스케줄러에 일정 시간동안 delay를 요청하는건 동일하나 vTaskDelay()는 함수가 호출된 시점부터 일정한 tick 동안 태스크 실행을 블럭하는데 비해 vTaskDelayUntil() 함수는 이전에 블럭에서 깨어난 시간인 pxPreviousWakeTime 의 값 부터 xTimeIncrement 만큼만 태스크의 실행을 블럭한다. vTaskDelayUntil() 함수를 사용하면 루프의 내용을 한번 실행하는데 얼마의 시간이 거리건 상관 없이 일정한 시간 간격으로 루프를 실행할 수 있다. 또한 pxPreviousWakeTime 변수는 태스크가 블럭에서 깨어나는 순간 값이 자동으로 업데이트 된다.
만일 다음과 같은 두개의 태스크가 있는 경우를 생각해 보자. 여기서 foo() 함수는 호출되면 실행되는데 0.5초의 시간이 걸린다고 가정한다.
void task1(…)
{
while (1) {
foo();
vTaskDelay(1000/portTICK_PERIOD_MS);
}
}
void task2(…)
{
portTICK_TYPE xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
while (1) {
foo();
vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 1000/portTICK_PERIOD_MS);
}
}
두 코드는 비슷해 보이지만 task1의 경우 0초에 foo() 함수를 호출하고 0.5초에 vTaskDelay() 함수를 호출해서 1초를 블럭한 뒤 다시 1.5초에 foo()를 호출하게 된다. 즉 foo() 함수는 1.5초에 한번씩 호출되는 것이다. 그에 비해 task2의 경우 foo() 함수의 실행시간이 얼마가 걸리건 상관 없이 foo() 함수는 정확히 1초에 한번씩 호출되게 된다. (물론 foo() 함수의 실행시간은 delay 시간 (여기서는 1초) 보다는 짧아야 한다) 그림으로 보면 좀 더 이해하기 쉬울 것이다.
태스크를 생성했으면 스케줄러를 실행시켜 주면 이제부터 생성된 태스크들이 동시에 실행을 시작하게 된다. 스케줄러가 시작되면 모든 통제권을 RTOS가 가지게 되므로 vTaskStartScheduler()를 호출한 뒤에는 무한루프를 넣어주고, loop() 함수는 사용하면 안된다.
또하나 주의할 것은 태스크를 생성할 때 태스크가 사용할 스택의 크기를 지정해줘야 하는데 이 스택 크기를 너무 작게 잡으면 프로그램의 동작이 완전 멈춰버릴 수 있으므로 충분한 공간을 확보해 줘야만 한다.FreeRTOS 예제 코드에 보면 태스크 생성시 xTaskCreate(Thread1, NULL, configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, NULL); 같이 스택 크기를 configMINIMAL_STACK_SIZE로 지정해 주는데 이 경우 태스크의 코드가 조금만 커져도 (로컬 변수를 몇개 추가하거나 다른 함수를 중복호출 하거나 등) 프로그램 실행이 완전히 멈춰버린다. 아두이노 우노같은 경우 SRAM 공간이 충분하지 않으므로 (SRAM 2KB) 너무 넉넉하게 줄 수는 없어도 최소한 필요한 공간보다는 크게 공간을 제공해 줘야만 한다.
