FreeRTOS 任务与调度器

Posted 2021-01-17 hongyi-liang

 前言：

Task.c和Task.h文件内是FreeRTOS的核心内容，所有任务和调度器相关的API函数都在这个文件中，它包括下图这些内容FreeRTOS文件如下：

Task.c和Task.h文件内是FreeRTOS的核心内容，所有任务和调度器相关的API函数都在这个文件中，它包括下图这些内容

 

在开始介绍函数之前，首先我们先简单了解一下任务状态：

? FreeRTOS的任务5种状态：

1. 运行状态：当前正在执行的任务的状态，只可能会一个当前正在执行的任务
2. 就绪状态：随时可以运行的任务的状态，就绪状态任务随时等待调度器调度
3. 阻塞状态：任务因为某些原因暂时不能被调度状态，一般情况下正在等待某些事件的发生比如调用了xTaskDelay()在一段时间内任务会被阻塞，在这些事件达成后任务会自动回到就绪状态。
4. 挂起状态：vTaskSuspend()函数会让任务进入挂起状态，这时候这个任务不会执行。调用xTaskResume()函数才能让这些任务回到就绪状态
5. 删除状态：一个任务被使用vTaskDelete()函数后被删除，处于删除状态。

他们之间的状态切换如下示意图：

这本篇中，主要介绍一下这6个部分：

 

 

一、创建任务：

• 顾名思义，这些函数的作用是创建一个任务，创建的任务会进入就绪状态，如果没其他更高优先级的任务运行，则马上进入运行状态
• 这些函数可以在调度器启动前或启动后调用

1.1、vTaskCreate()

1.1.1、函数简介

几个比较重要的输入参数介绍一下：

• pvTaskCode:直接指向函数的本体的指针，可以把任务函数名字直接贴过来
• usStackDepth:任务内申请的局部变量会使用到任务的堆栈空间，（在32位系统中，这个参数的单位是word=4byte），例如这个参数设置为100，那么这个任务将会申请到400byte的空间。
• uxPriority：任务优先级，使用这个参数来设置任务优先级（0是最低优先级），在FreeRTOSConfig.h 中调整configMAX_PRIORITIES的定义可以设置最高可用的优先级（最高可设置优先级为configMAX_PRIORITIES-1）。高优先级的任务可以抢断低优先级的任务，（主要：记得高优先级的任务不需要用的时候将其阻塞或挂起或删除，否则低优先级的任务可能永远无法得到运行权）
• pxCreatedTask：句柄的地址，以后使用其他API功能来索引这个任务时会需要用到（注意：这里传入的是句柄的地址！)

1.1.2、使用简介：

以下是官方例子：

1.2、vTaskCreateStatic()

1.2.1、函数简介

为了方便我们自己管理内存，有了静态创建任务法，任务堆栈的创建和回收都要由编程者来处理，与vTaskCreate()对比，我们可以发现以下不同之处：

• puxStackBuffer参数:任务需要用到的堆栈数组的地址，我们只需要创建一StackType_t类型个空的数组，然后把数组指针传进来就好了（注意数组的大小要大于ulStackDepth）
• pxTaskBuffer参数:存放任务数据结构（TCB）的变量，同样的，我们创建一个StaticTask_t类型的变量，然后把他的指针传进来
• 还有一处不同，输入参数的句柄取消掉了，但是句柄还是存在的，只是变为了返回参数

1.2.2、使用简介
官方例程如下：

1. 创建一个StaticTask_t 类型的参数，稍后用于存放任务数据结构（TCB）
2. 创建一个StackType_t类型数组，稍后用于作为任务堆栈
3. 创建一个句柄，稍后用作vTaskCode任务的句柄
4. 使用xTaskCreateStatic()创建任务
5. 使用vTaskSuspend()、并通过传入句柄挂起刚刚创建的任务，目的是展示给我们看这个任务的句柄是可用的

二、删除任务：

2.1、参数简介

 

2.2、使用简介

下面是官方例子：

1. 在当前任务中，用xTaskCreate()创建另一个任务B
2. 如果任务B创建成功，使用vTaskDelete(任务句柄)删除掉任务B。
3. 用vTaskDelete(NULL)删除掉当前任务，目的是展示给我们看通过传入NULL可以删除当前任务

 

 

三、延时函数：

3.1、vTaskDelay()

3.1.1、函数简介

xTaskDelay()

• 让调用这个函数的任务在一定时间内进入阻塞状态，时间到达后会切换回来这个任务。
• 如果输入参数为0，那么这个任务不会阻塞，但是会切换

*这个函数只有一个输入参数，但需要注意一下它是以tick时钟的中断次数为单位的（并不是以毫秒为单位）：

3.1.2、使用简介

下面是官方的例子
其中两处vTaskDelay()

1. 延时20个tick时间片
2. 延时20ms。(pdMS_TOTICKS()可以把ms时间换成tick为单位)

 

 3.2、vTaskDelayUntil()

3.2.1、函数简介

• 让任务进入阻塞状态等待实际那到达，是精确的绝对时间
• 周期性任务能够使用vTaskDelayUntil()来达到连续的执行频率

3.2.2、使用简介

以下是官方的例子：

1. 创建一个TickType_t类型的变量，用于记录上一次系统时间
2. 用pdMS_TO_TICKS()函数把50ms转换为tick为单位，方便等下给vTaskDelayUntil调用
3. 初始化第一步中的变量，在这一步后，这个变量不用再手动更新（vTaskDelayUntil()会更新它）
4. 使用vTaskDelayUntil()、传入刚刚的参数，制造50ms固定时间的循环

 

3.3、重要对比

vTaskDelay()和vTaskDelayUntil()的不同之处
我们可以直接翻译一下官方手册的描述：

 

 

举个例子：
以下两个任务分别用vTaskDelay()和vTaskDelayUntil()来实现延时功能：
思考一个问题： 任务A 和任务B都能实现LED闪烁，那么A 和 B任务的LED端口多少毫秒翻转一次 ？
任务A：

任务B:

• 任务A中，LED端口15毫秒翻转一次
• 任务B中，LED端口10毫秒翻转一次

*注意：Delay_MS()是一个自定义的函数，用来模拟任务中处理其他东西浪费了5ms。
两个任务都是 TaskDelay(10毫秒) ,但是任务A中使用vTaskDelay(),在任务B中使用vTaskDelayUntil()。
在任务A中：vTaskDelay()是从调用的那一刻开始算，那么这个任务本身在Delay_MS中占用了5MS，LED翻转的时间忽略不计，那么加上vTaskDelay()的10MS，就是15MS。
在任务B中：vTaskDelayUntil()和任务本身执行时间无关，只要任务每次循环执行的总时间少于10ms，那么这个任务就是10ms执行一次了。

最后提一下xTaskAbortDelay()这个函数，根据描述，他能让正在阻塞状态等待延时的函数马上切出，进入就绪状态。但由于我的库版本比较旧，没有这个函数，所以就不作更多的介绍了。

四、开启调度器

4.1、函数简介：

这个函数作用是开启调度器，调用这个函数后任务就会开始执行。所以在整个程序中只需要调用一次，一般在main函数中调用就可以了。开启成功的话，系统由调度器接管了，main函数中vTaskStartScheduler()后面的代码都不会被执行。

4.2、使用简介：

官方的例子：

1. 创建任务
2. 开启调度器，开启后程序会跳转到vATask（）任务中

 

五、任务的挂起和恢复

5.1、vTaskSuspend() 和 vTaskResume()

5.1.1、函数简介：

挂起/解除挂起单个任务：

• vTaskSuspend的函数是让指定的任务进入挂起状态
• xTaskResume的函数是让指定的任务从挂起状态换为就绪状态。
• xTaskResumeFromISR()是xTaskResume()适合在中断中调用的版本

5.1.2、使用简介
使用很简单，当不需要用某个任务的时候用vTaskResume(句柄) 把那个任务挂起，需要用的时候再打开就行了，下面是官方的例程，实现了这三步：

1. 使用xTaskCreate()创建任务
2. 创建成功的话使用vTaskSuspend()把刚刚创建的任务转换为挂起状态（该任务将不会再得到执行）
3. 使用vTaskResume()让刚刚挂起的任务转为就绪状态

 

5.2、vTaskSuspendAll()和vTaskResumeAll()

5.2.1、函数简介：

vTaskSuspendAll()挂起调度器 对应 xTaskResumeAll()解除挂起调度器：
? vTaskSuspendAll()挂起调度器后，只有当前任务在继续执行，不会发生任务切换了。
? xTaskResumeAll()对应vTaskSuspendAll()恢复调度器。
这个函数的作用之一在于，可以保证一些不能被分的程序执行，因为挂起调度器保证了不会被高优先级的任务强调（注意调度器挂起后中断还是可以运行的，如果要保证时效，还得把中断关闭）

注意：vTaskSuspendAll()是可以递归调用的，这意味着调用了多少次vTaskSuspendAll()，就必须有多少此vTaskResumeAll()的调用才能让调度器恢复。这个情况以下的例子中很好地体现了。

5.2.2、使用简介

1. 在任务vTask1中第一此调用vTaskSuspendAll()，此时调度器被挂起，不会发生任务切换
2. 调用另一个用作例子的vDemoFunction()
3. 第二次调用vTaskSuspendAll()，此时调度器再次被挂起，而且挂起计数增加到2
4. 第一次调用vTaskResumeAll()，此时调度器挂起计数减少为1，但是调度器仍然处于挂起状态
5. 第二次调用vTaskResumeAll()，调度器计数为0，调度器恢复运行，后面会发生任务切换了

 

六、任务切换

6.1、函数简介

• 在一个运行的任务中调用taskYIELD（），那么这个任务会被降级为就绪状态，调度器会选择另一个相同优先级的就绪任务执行。（如果没有相同优先级的任务就绪，那么这个任务将不会切换，会继续执行。

 

 

6.2、使用简介

我们来看官方例子：

1. 在调用taskYIELD()后，vATask这个任务会马上"让步"，进入就绪状态等待，等待下次得到调度器调度的时候，会执行taskYIELD()下面的代码

 在下一节中，我们会继续介绍task中的通知和其他内容