RTOS相对延时和绝对延时的区别

Posted 2022-08-30 strongerHuang

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作者 | strongerHuang

微信公众号 | strongerHuang

嵌入式软件代码中延时是很常见的，只是延时种类有很多，看你用什么延时。

一个延时的问题

问题：周期性（固定一个时间）去处理某一件事情。你会通过什么方式去实现？

比如：间隔10ms去采集传感器的数据，然后通过一种算法计算出一个结果，最后通过串口发送出去。

可能对于很多习惯裸机编程的读者，首先想到的是：利用定时器，定时10ms中断，在中断里面处理。

中断函数适合处理简单数据，不适合算法、通信等需要长时间占用CPU的处理。

对计时精度要求比较高的地方适合定时器，像本章节说的周期性采集传感器数据，要求不适合很高，那么就引入本文说的绝对延时。

在实时操作系统FreeRTOS任务中，利用vTaskDelayUntil绝对延时即可完美解决这个问题。

相对延时和绝对延时的含义

本文拿FreeRTOS中相对延时函数vTaskDelay，绝对延时函数vTaskDelayUntil来说明。

相对延时：指每次延时都是从执行函数vTaskDelay()开始，直到延时指定的时间（参数：滴答值）结束。

绝对延时：指每隔指定的时间（参数：滴答值），执行一次调用vTaskDelayUntil()函数的任务。

文字描述可能不够直观理解，下面章节结合代码例子、延时值（IO高低变化波形）、任务执行图来详细讲述一下他们的区别。

相对延时和绝对延时区别

以实际代码为例说明：一个任务中，添加一个10ms系统延时，然后，在执行任务（耗时1ms左右，例子以延时代替）。

相对延时代码：

绝对延时代码：

说明：

1.TestDelay这个延时函数仅仅用于测试（延时1ms），用于代替采集、算法、发送等耗时时间。

2.两个代码唯一区别在于系统延时不同，一个vTaskDelay(10);，一个vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 10);

3.系统时钟频率为1000，也就是上面系统延时10个滴答，即10ms。

看到代码，你想到了他们输出结果的差异吗？

来看下结果的差异：用PA0这个引脚输出的高低电平，得出延时时间。

相对延时结果：

绝对延时结果：

结果为：相对延时的周期为系统延时10ms + 执行任务1ms的时间，总共11ms时间。绝对延时的周期即为10ms时间.

换一种方式看区别

如果上面的区别还没明白，再来讲一个更容易理解的区别，通过文字 + 任务执行图来说明。

1.相对延时

先看任务执行图，按照上面代码的方式呈现：

这里会牵涉到操作系统任务切换、高优先级任务抢占等一些原理，若不了解，请转移直到了解再回来。

上电，TEST任务进入延时（阻塞）状态，此时系统执行其他就绪任务。FreeRTOS内核会周期性的检查TEST任务的阻塞是否达到，如果阻塞时间达到，则将TEST任务设置为就绪状态，如果就绪任务中TEST任务的优先级最高，则会抢占CPU，再次执行任务主体代码，不断循环。

TEST任务每次系统延时都是从调用延时函数vTaskDelay()开始算起的，所以叫相对延时。

从上图可以看出：

如果执行TEST任务的过程中发生中断，或者具有更高优先级的任务抢占了，那么TEST任务执行的周期就会变长，所以使用相对延时函数vTaskDelay()，不能周期性的执行TEST任务。

2.绝对延时

代码中定义的变量xLastWakeTime，其实是用来保存上一次的系统计数器值（方便检测下一个延时时间是否到来）。

和上面相对延时程序执行图比较，可以看出，系统延时的时间包含了程序执行的时间。即时中途有中断，或更高优先级任务打断，不会影响下一次执行的时间（也就是这个周期不会变，当然，打断时间不能超过系统延时值）。

提示：图片中添加了一段话：一般来说，程序执行时间要小于总间隔时间（10ms）。

如果打断时间太长，回来之后延时都超过了，则会立马执行程序，不会再延时（任务不会再阻塞延时）。

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