177_아두이노메가_운영체제_동기화와큐 📦🔑

/*
 * [아두이노 메가 2560 FreeRTOS 큐와 뮤텍스 실전]
 * - TaskProducer: 센서 데이터를 측정하여 큐(Queue)에 안전하게 푸시
 * - TaskConsumer: 큐에서 패킷을 팝하여 시리얼 모니터로 출력
 * - SerialMutex: 동시 출력 충돌을 원천 차단하는 자물쇠
 */

#include <Arduino_FreeRTOS.h>
#include <queue.h>
#include <semphr.h>

// 1. 전송할 센서 데이터 패킷 구조체 정의
struct SensorPacket {
  uint16_t sensorId;  // 센서 고유 번호
  int      rawValue;  // 측정 아날로그 값
  uint32_t timestamp; // 측정 시각 (ms)
};

// 2. 큐 및 뮤텍스 핸들 선언
QueueHandle_t     xSensorQueue;
SemaphoreHandle_t xSerialMutex;

// 태스크 함수 선언
void TaskProducer(void *pvParameters);
void TaskConsumer(void *pvParameters);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  while (!Serial) { ; }

  Serial.println(F("========================================"));
  Serial.println(F(" 👑 FreeRTOS 큐 & 뮤텍스 시스템 가동! "));
  Serial.println(F("========================================"));

  // 1. 최대 10개의 SensorPacket을 담을 수 있는 큐 생성
  xSensorQueue = xQueueCreate(10, sizeof(SensorPacket));

  // 2. 시리얼 포트 보호용 뮤텍스 자물쇠 생성
  xSerialMutex = xSemaphoreCreateMutex();

  if (xSensorQueue != NULL && xSerialMutex != NULL) {
    // 3. 생산자 태스크 생성 (우선순위 2, 200ms 주기 수집)
    xTaskCreate(TaskProducer, "Producer", 192, NULL, 2, NULL);

    // 4. 소비자 태스크 생성 (우선순위 1, 큐 데이터 수신 및 출력)
    xTaskCreate(TaskConsumer, "Consumer", 256, NULL, 1, NULL);
  } else {
    Serial.println(F("[ERROR] 큐 또는 뮤텍스 생성 실패 (메모리 부족)!"));
  }
}

void loop() {
  // FreeRTOS 커널 구동 중
}

// [생산자 태스크] 200ms마다 A0 센서를 읽어 큐에 넣음
void TaskProducer(void *pvParameters) {
  (void) pvParameters;
  uint16_t count = 0;

  for (;;) {
    SensorPacket packet;
    packet.sensorId  = 101;
    packet.rawValue  = analogRead(A0);
    packet.timestamp = millis();

    // 큐에 데이터 밀어넣기 (큐가 가득 찼으면 최대 10ms 대기)
    if (xQueueSend(xSensorQueue, &packet, (TickType_t)10) != pdPASS) {
      // 큐 가득 참 경고 (뮤텍스 획득 후 출력)
      if (xSemaphoreTake(xSerialMutex, (TickType_t)10) == pdTRUE) {
        Serial.println(F("[WARN] 센서 큐가 가득 찼습니다!"));
        xSemaphoreGive(xSerialMutex);
      }
    }

    vTaskDelay(200 / portTICK_PERIOD_MS); // 200ms 대기
  }
}

// [소비자 태스크] 큐에 패킷이 도착하면 즉시 꺼내어 출력
void TaskConsumer(void *pvParameters) {
  (void) pvParameters;
  SensorPacket receivedPacket;

  for (;;) {
    // 큐에서 패킷이 올 때까지 무한 대기 (portMAX_DELAY: CPU 점유율 0%)
    if (xQueueReceive(xSensorQueue, &receivedPacket, portMAX_DELAY) == pdPASS) {
      
      // 시리얼 출력을 위해 뮤텍스 열쇠 획득!
      if (xSemaphoreTake(xSerialMutex, portMAX_DELAY) == pdTRUE) {
        Serial.print(F("[수신 패킷 #"));
        Serial.print(receivedPacket.sensorId);
        Serial.print(F("] 시각: "));
        Serial.print(receivedPacket.timestamp);
        Serial.print(F("ms | 측정값: "));
        Serial.print(receivedPacket.rawValue);
        Serial.print(F(" (전압: "));
        Serial.print(receivedPacket.rawValue * (5.0 / 1023.0), 2);
        Serial.println(F("V)"));

        // 볼일이 끝났으니 열쇠 반납!
        xSemaphoreGive(xSerialMutex);
      }
    }
  }
}

// 해당 태스크에서 아직 사용되지 않은 최소 잔여 스택 바이트 수 확인
UBaseType_t remainingStack = uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL);
Serial.print(F("안전 잔류 스택: "));
Serial.print(remainingStack);
Serial.println(F(" words"));