正点原子FreeRTOS(中)
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了正点原子FreeRTOS(中)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
目录
- 第十一章FreeRTOS 其他任务API 函数
- 第十二章FreeRTOS 时间管理
- 第十三章FreeRTOS 队列
- 第十四章FreeRTOS 信号量
- 第十五章FreeRTOS 软件定时器
第十一章FreeRTOS 其他任务API 函数
前面几章我们花费了大量的精力来学习FreeRTOS 的任务管理，但是真正涉及到的与任务
相关的API 函数只有那么几个。但是FreeRTOS 还有很多与任务相关的API 函数，不过这些API
函数大多都是辅助函数了，本章我们就来看一下这些与任务相关的其他的API 函数。本章分为
如下几部分：
11.1 任务相关API 函数预览
11.2 任务相关API 函数详解
11.3 任务壮态查询API 函数实验
11.4 任务运行时间壮态统计实验
11.1 任务相关API 函数预览
先通过一个表11.1.1 来看一下这些与任务相关的其他API 函数都有哪些：
这些API 函数在FreeRTOS 官网上都有，如图11.1.2 所示：
11.2 任务相关API 函数详解
1、函数uxTaskPriorityGet()
此函数用来获取指定任务的优先级，要使用此函数的话宏INCLUDE_uxTaskPriorityGet 应
该定义为1，函数原型如下：
UBaseType_t uxTaskPriorityGet( TaskHandle_t xTask )
参数：
xTask：要查找的任务的任务句柄。
返回值：获取到的对应的任务的优先级。
2、函数vTaskPrioritySet()
此函数用于改变某一个任务的任务优先级，要使用此函数的话宏
INCLUDE_vTaskPrioritySet 应该定义为1，函数原型如下：
void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask,
UBaseType_t uxNewPriority )
参数：
xTask：要查找的任务的任务句柄。
uxNewPriority: 任务要使用的新的优先级，可以是0~ configMAX_PRIORITIES – 1。
返回值：无。
3、uxTaskGetSystemState()
此函数用于获取系统中所有任务的任务壮态，每个任务的壮态信息保存在一个TaskStatus_t
类型的结构体里面，这个结构体里面包含了任务的任务句柄、任务名字、堆栈、优先级等信息，
要使用此函数的话宏configUSE_TRACE_FACILITY 应该定义为1，函数原型如下：
UBaseType_t uxTaskGetSystemState( TaskStatus_t * const pxTaskStatusArray,
const UBaseType_t uxArraySize,
uint32_t * const pulTotalRunTime )
参数：
pxTaskStatusArray：指向TaskStatus_t 结构体类型的数组首地址，每个任务至少需要一个
TaskStatus_t 结构体，任务的数量可以使用函数
uxTaskGetNumberOfTasks()。结构体TaskStatus_t 在文件task.h 中有如下
定义：
typedef struct xTASK_STATUS
TaskHandle_t xHandle; //任务句柄
const char * pcTaskName; //任务名字
UBaseType_t xTaskNumber; //任务编号
eTaskState eCurrentState; //当前任务壮态，eTaskState 是一个枚举类型
UBaseType_t uxCurrentPriority; //任务当前的优先级
UBaseType_t uxBasePriority; //任务基础优先级
uint32_t ulRunTimeCounter;//任务运行的总时间
StackType_t * pxStackBase; //堆栈基地址
uint16_t usStackHighWaterMark; //从任务创建以来任务堆栈剩余的最小大小，此
//值如果太小的话说明堆栈有溢出的风险。
TaskStatus_t;
uxArraySize: 保存任务壮态数组的数组的大小。
pulTotalRunTime: 如果configGENERATE_RUN_TIME_STATS 为1 的话此参数用来保存系
统总的运行时间。
返回值：统计到的任务壮态的个数，也就是填写到数组pxTaskStatusArray 中的个
数，此值应该等于函数uxTaskGetNumberOfTasks()的返回值。如果参数
uxArraySize 太小的话返回值可能为0。
4、函数vTaskGetInfo()
此函数也是用来获取任务壮态的，但是是获取指定的单个任务的壮态的，任务的壮态信息
填充到参数pxTaskStatus 中，这个参数也是TaskStatus_t 类型的。要使用此函数的话宏
configUSE_TRACE_FACILITY 要定义为1，函数原型如下：
void vTaskGetInfo( TaskHandle_t xTask,
TaskStatus_t * pxTaskStatus,
BaseType_t xGetFreeStackSpace,
eTaskState eState )
参数：
xTask：要查找的任务的任务句柄。
pxTaskStatus: 指向类型为TaskStatus_t 的结构体变量。
xGetFreeStackSpace: 在结构体TaskStatus_t 中有个字段usStackHighWaterMark 来保存自任务
运行以来任务堆栈剩余的历史最小大小，这个值越小说明越接近堆栈溢
出，但是计算这个值需要花费一点时间，所以我们可以通过将
xGetFreeStackSpace 设置为pdFALSE 来跳过这个步骤，当设置为pdTRUE
的时候就会检查堆栈的历史剩余最小值。
eState: 结构体TaskStatus_t 中有个字段eCurrentState 用来保存任务运行壮态，
这个字段是eTaskState 类型的，这是个枚举类型，在task.h 中有如下定
义：
typedef enum
eRunning = 0, //运行壮态
eReady, //就绪态
eBlocked, //阻塞态
eSuspended, //挂起态
eDeleted, //任务被删除
eInvalid //无效
eTaskState;
获取任务运行壮态会耗费不少时间，所以为了加快函数vTaskGetInfo()的执行
速度结构体TaskStatus_t 中的字段eCurrentState 就可以由用户直接赋值，
参数eState 就是要赋的值。如果不在乎这点时间，那么可以将eState 设置为
eInvalid，这样任务的壮态信息就由函数vTaskGetInfo()去想办法获取。
返回值：无。
5、函数xTaskGetApplicationTaskTag()
此函数用于获取任务的Tag(标签)值，任务控制块中有个成员变量pxTaskTag 来保存任务的
标签值。标签的功能由用户自行决定，此函数就是用来获取这个标签值的，FreeRTOS 系统内核
是不会使用到这个标签的。要使用此函数的话宏configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 必须为
1，函数原型如下：
TaskHookFunction_t xTaskGetApplicationTaskTag( TaskHandle_t xTask )
参数：
xTask：要获取标签值的任务对应的任务句柄，如果为NULL 的话就获取当前正在运
行的任务标签值。
返回值：任务的标签值。
6、函数xTaskGetCurrentTaskHandle()
此函数用于获取当前任务的任务句柄，其实获取到的就是任务控制块，在前面讲解任务创
建函数的时候说过任务句柄就是任务控制。如果要使用此函数的话宏
INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 应该为1，函数原型如下：
TaskHandle_t xTaskGetCurrentTaskHandle( void )
参数：无
返回值：当前任务的任务句柄。
7、函数xTaskGetHandle()
此函数根据任务名字获取任务的任务句柄，在使用函数xTaskCreate()或xTaskCreateStatic()
创建任务的时候都会给任务分配一个任务名，函数xTaskGetHandle()就是使用这个任务名字来
查询其对应的任务句柄的。要使用此函数的话宏INCLUDE_xTaskGetHandle 应该设置为1，此
函数原型如下：
TaskHandle_t xTaskGetHandle( const char * pcNameToQuery )
参数：
pcNameToQuery：任务名，C 语言字符串。
返回值：
NULL：没有任务名pcNameToQuery 所对应的任务。
其他值：任务名pcNameToQuery 所对应的任务句柄
8、函数xTaskGetIdleTaskHandle()
此函数用于返回空闲任务的任务句柄，要使用此函数的话宏
INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle 必须为1，函数原型如下：
TaskHandle_t xTaskGetIdleTaskHandle( void )
参数：无
返回值：空闲任务的任务句柄。
9、函数uxTaskGetStackHighWaterMark()
每个任务都有自己的堆栈，堆栈的总大小在创建任务的时候就确定了，此函数用于检查任
务从创建好到现在的历史剩余最小值，这个值越小说明任务堆栈溢出的可能性就越大！
FreeRTOS 把这个历史剩余最小值叫做“高水位线”。此函数相对来说会多耗费一点时间，所以
在代码调试阶段可以使用，产品发布的时候最好不要使用。要使用此函数的话宏
INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 必须为1，此函数原型如下：
UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask )
参数：
xTask：要查询的任务的任务句柄，当这个参数为NULL 的话说明查询自身任务(即调用
函数uxTaskGetStackHighWaterMark()的任务)的“高水位线”。
返回值：任务堆栈的“高水位线”值，也就是堆栈的历史剩余最小值。
10、函数eTaskGetState()
此函数用于查询某个任务的运行壮态，比如：运行态、阻塞态、挂起态、就绪态等，返回
值是个枚举类型。要使用此函数的话宏INCLUDE_eTaskGetState 必须为1，函数原型如下：
eTaskState eTaskGetState( TaskHandle_t xTask )
参数：
xTask：要查询的任务的任务句柄。
返回值：返回值为eTaskState 类型，这是个枚举类型，在文件task.h 中有定义，前面讲解
函数vTaskGetInfo()的时候已经讲过了。
11、函数pcTaskGetName()
根据某个任务的任务句柄来查询这个任务对应的任务名，函数原型如下：
char *pcTaskGetName( TaskHandle_t xTaskToQuery )
参数：
xTaskToQuery：要查询的任务的任务句柄，此参数为NULL 的话表示查询自身任务(调
用函数pcTaskGetName())的任务名字
返回值：返回任务所对应的任务名。
12、函数xTaskGetTickCount()
此函数用于查询任务调度器从启动到现在时间计数器xTickCount 的值。xTickCount 是系统
的时钟节拍值，并不是真实的时间值。每个滴答定时器中断xTickCount 就会加1，一秒钟滴答
定时器中断多少次取决于宏configTICK_RATE_HZ。理论上xTickCount 存在溢出的问题，但是
这个溢出对于FreeRTOS 的内核没有影响，但是如果用户的应用程序有使用到的话就要考虑溢
出了。什么时候溢出取决于宏configUSE_16_BIT_TICKS，当此宏为1 的时候xTixkCount 就是
个16 位的变量，当为0 的时候就是个32 位的变量。函数原型如下：
TickType_t xTaskGetTickCount( void )
参数：无。
返回值：时间计数器xTickCount 的值。
13、函数xTaskGetTickCountFromISR()
此函数是xTaskGetTickCount()的中断级版本，用于在中断服务函数中获取时间计数器
xTickCount 的值，函数原型如下：
TickType_t xTaskGetTickCountFromISR( void )
参数：无。
返回值：时间计数器xTickCount 的值。
14、函数xTaskGetSchedulerState()
此函数用于获取FreeRTOS 的任务调度器运行情况：运行？关闭？还是挂起！要使用此函
数的话宏INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 必须为1，此函数原型如下：
BaseType_t xTaskGetSchedulerState( void )
参数：无。
返回值：
taskSCHEDULER_NOT_STARTED：调度器未启动，调度器的启动是通过函数
vTaskStartScheduler() 来完成，所以在函数
vTaskStartScheduler() 未调用之前调用函数
xTaskGetSchedulerState()的话就会返回此值。
taskSCHEDULER_RUNNING：调度器正在运行。
taskSCHEDULER_SUSPENDED：调度器挂起。
15、函数uxTaskGetNumberOfTasks()
此函数用于查询系统当前存在的任务数量，函数原型如下：
UBaseType_t uxTaskGetNumberOfTasks( void )
参数：无。
返回值：当前系统中存在的任务数量，此值=挂起态的任务+阻塞态的任务+就绪态的任务
+空闲任务+运行态的任务。
16、函数vTaskList()
此函数会创建一个表格来描述每个任务的详细信息，如图11.2.1 所示
表中的信息如下：
Name：创建任务的时候给任务分配的名字。
State：任务的壮态信息，B 是阻塞态，R 是就绪态，S 是挂起态，D 是删除态。
Priority：任务优先级。
Stack：任务堆栈的“高水位线”，就是堆栈历史最小剩余大小。
Num：任务编号，这个编号是唯一的，当多个任务使用同一个任务名的时候可以通过此
编号来做区分。
函数原型如下：
void vTaskList( char * pcWriteBuffer )
参数：
pcWriteBuffer：保存任务壮态信息表的存储区。存储区要足够大来保存任务状态信息表。
返回值：无
17、函数vTaskGetRunTimeStats()
FreeRTOS 可以通过相关的配置来统计任务的运行时间信息，任务的运行时间信息提供了
每个任务获取到CPU 使用权总的时间。函数vTaskGetRunTimeStats()会将统计到的信息填充到
一个表里面，表里面提供了每个任务的运行时间和其所占总时间的百分比，如图11.2.2 所示：
函数vTaskGetRunTimeStats() 是一个很实用的函数，要使用此函数的话宏
configGENERATE_RUN_TIME_STATS 和configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 必须
都为1。如果宏configGENERATE_RUN_TIME_STATS 为1 的话还需要实现一下几个宏定义：
●portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS()，此宏用来初始化一个外设来
提供时间统计功能所需的时基，一般是定时器/计数器。这个时基的分辨率一定要比FreeRTOS
的系统时钟高，一般这个时基的时钟精度比系统时钟的高10~20 倍就可以了。
●portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE()或者
portALT_GET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE(Time)，这两个宏实现其中一个就行
了，这两个宏用于提供当前的时基的时间值。
函数原型如下：
void vTaskGetRunTimeStats( char *pcWriteBuffer )
参数：
pcWriteBuffer：保存任务时间信息的存储区。存储区要足够大来保存任务时间信息。
返回值：无
18、函数vTaskSetApplicationTaskTag()
此函数是为高级用户准备的，此函数用于设置某个任务的标签值，这个标签值的具体函数
和用法由用户自行决定，FreeRTOS 内核不会使用这个标签值，如果要使用此函数的话宏
configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 必须为1，函数原型如下：
void vTaskSetApplicationTaskTag( TaskHandle_t xTask,
TaskHookFunction_t pxHookFunction )
参数：
xTask：要设置标签值的任务，此值为NULL 的话表示设置自身任务的标签值。
pxHookFunction：要设置的标签值，这是一个TaskHookFunction_t 类型的函数指针，但是
也可以设置为其他值。
返回值：无
19、函数SetThreadLocalStoragePointer()
此函数用于设置线程本地存储指针的值，每个任务都有它自己的指针数组来作为线程本地
存储，使用这些线程本地存储可以用来在任务控制块中存储一些应用信息，这些信息只属于任
务自己的。线程本地存储指针数组的大小由宏
configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS 来决定的。如果要使用此函数的话宏
configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS 不能为0，宏的具体值是本地存储指针
数组的大小，函数原型如下：
void vTaskSetThreadLocalStoragePointer( TaskHandle_t xTaskToSet,
BaseType_t xIndex,
void * pvValue )
参数：
xTaskToSet：要设置线程本地存储指针的任务的任务句柄，如果是NULL 的话表示设置任
务自身的线程本地存储指针。
xIndex：要设置的线程本地存储指针数组的索引。
pvValue: 要存储的值。
返回值：无
20、函数GetThreadLocalStoragePointer()
此函数用于获取线程本地存储指针的值，如果要使用此函数的话宏
configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS 不能为0，函数原型如下：
void *pvTaskGetThreadLocalStoragePointer( TaskHandle_t xTaskToQuery,
BaseType_t xIndex )
参数：
xTaskToSet：要获取的线程本地存储指针的任务句柄，如果是NULL 的话表示获取任务自
身的线程本地存储指针。
xIndex：要获取的线程本地存储指针数组的索引。
返回值：获取到的线程本地存储指针的值。
11.3 任务壮态查询API 函数实验
11.3.1 实验程序设计
FreeRTOS 与任务相关的API 函数中有很多是与任务壮态或者信息查询有关的，比如函数
uxTaskGetSystemState()、vTaskGetInfo()、eTaskGetState()和vTaskList()。本实验我们就来学习这
些函数的使用方法。
1、实验目的
学习使用FreeRTOS 与任务壮态或者信息查询有关的API 函数，包括uxTaskGetSystemState()、
vTaskGetInfo()、eTaskGetState()和vTaskList()。
2、实验设计
本实验设计三个任务：start_task、led0_task 和query_task ，这三个任务的任务功能如下：
start_task：用来创建其他2 个任务。
led0_task ：控制LED0 灯闪烁，提示系统正在运行。
query_task ：任务壮态和信息查询任务，在此任务中学习使用与任务的壮态和信息查询有
关的API 函数。
实验需要一个按键KEY_UP，这四个按键的功能如下：
KEY_UP: 控制程序的运行步骤。
3、实验工程
FreeRTOS 实验11-1 FreeRTOS 任务壮态或信息查询。
4、实验程序与分析
●任务设置
实验中任务优先级、堆栈大小和任务句柄等的设置如下：
#define START_TASK_PRIO 1 //任务优先级
#define START_STK_SIZE 128 //任务堆栈大小
TaskHandle_t StartTask_Handler; //任务句柄
void start_task(void *pvParameters); //任务函数
#define LED0_TASK_PRIO 2 //任务优先级
#define LED0_STK_SIZE 128 //任务堆栈大小
TaskHandle_t Led0Task_Handler; //任务句柄
void led0_task(void *pvParameters); //任务函数
#define QUERY_TASK_PRIO 3 //任务优先级
#define QUERY_STK_SIZE 256 //任务堆栈大小
TaskHandle_t QueryTask_Handler; //任务句柄
void query_task(void *pvParameters); //任务函数
char InfoBuffer[1000]; //保存信息的数组
●main()函数
int main(void)
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4
delay_init(); //延时函数初始化
uart_init(115200); //初始化串口
LED_Init(); //初始化LED
KEY_Init(); //初始化按键
LCD_Init(); //初始化LCD
POINT_COLOR = RED;
LCD_ShowString(30,10,200,16,16,"ATK STM32F103/407");
LCD_ShowString(30,30,200,16,16,"FreeRTOS Examp 11-1");
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Task Info Query");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"2016/11/25");
//创建开始任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task, //任务函数
(const char* )"start_task", //任务名称
(uint16_t )START_STK_SIZE, //任务堆栈大小
(void* )NULL, //传递给任务函数的参数
(UBaseType_t )START_TASK_PRIO, //任务优先级
(TaskHandle_t* )&StartTask_Handler); //任务句柄
vTaskStartScheduler(); //开启任务调度
在main 函数中我们主要完成硬件的初始化，在硬件初始化完成以后创建了任务start_task()
并且开启了FreeRTOS 的任务调度。
●任务函数
//led0 任务函数
void led0_task(void *pvParameters)
while(1)
LED0=~LED0;
vTaskDelay(500); //延时500ms，也就是500 个时钟节拍
//query 任务函数
void query_task(void *pvParameters)
u32 TotalRunTime;
UBaseType_t ArraySize,x;
TaskStatus_t *StatusArray;
//第一步：函数uxTaskGetSystemState()的使用
printf("/********第一步：函数uxTaskGetSystemState()的使用**********/\\r\\n");
ArraySize=uxTaskGetNumberOfTasks(); //获取系统任务数量(1)
StatusArray=pvPortMalloc(ArraySize*sizeof(TaskStatus_t)); //申请内存(2)
if(StatusArray!=NULL) //内存申请成功
ArraySize=uxTaskGetSystemState((TaskStatus_t* )StatusArray, (3)
(UBaseType_t )ArraySize,
(uint32_t* )&TotalRunTime);
printf("TaskName\\t\\tPriority\\t\\tTaskNumber\\t\\t\\r\\n");
for(x=0;x<ArraySize;x++)
//通过串口打印出获取到的系统任务的有关信息，比如任务名称、
//任务优先级和任务编号。
printf("%s\\t\\t%d\\t\\t\\t%d\\t\\t\\t\\r\\n", (4)
StatusArray[x].pcTaskName,
(int)StatusArray[x].uxCurrentPriority,
(int)StatusArray[x].xTaskNumber);
vPortFree(StatusArray); //释放内存(5)
printf("/**************************结束***************************/\\r\\n");
printf("按下KEY_UP 键继续!\\r\\n\\r\\n\\r\\n");
while(KEY_Scan(0)!=WKUP_PRES) delay_ms(10); //等待KEY_UP 键按下
//第二步：函数vTaskGetInfo()的使用
TaskHandle_t TaskHandle;
TaskStatus_t TaskStatus;
printf("/************第二步：函数vTaskGetInfo()的使用**************/\\r\\n");
TaskHandle=xTaskGetHandle("led0_task"); //根据任务名获取任务句柄。(6)
//获取LED0_Task 的任务信息
vTaskGetInfo((TaskHandle_t )TaskHandle, //任务句柄(7)
(TaskStatus_t* )&TaskStatus, //任务信息结构体
(BaseType_t )pdTRUE, //允许统计任务堆栈历史最小剩余大小
(eTaskState )eInvalid); //函数自己获取任务运行壮态
//通过串口打印出指定任务的有关信息。
printf("任务名: %s\\r\\n",TaskStatus.pcTaskName); (8)
printf("任务编号: %d\\r\\n",(int)TaskStatus.xTaskNumber);
printf("任务壮态: %d\\r\\n",TaskStatus.eCurrentState);
printf("任务当前优先级: %d\\r\\n",(int)TaskStatus.uxCurrentPriority);
printf("任务基优先级: %d\\r\\n",(int)TaskStatus.uxBasePriority);
printf("任务堆栈基地址: %#x\\r\\n",(int)TaskStatus.pxStackBase);
printf("任务堆栈历史剩余最小值:%d\\r\\n",TaskStatus.usStackHighWaterMark);
printf("/**************************结束***************************/\\r\\n");
printf("按下KEY_UP 键继续!\\r\\n\\r\\n\\r\\n");
while(KEY_Scan(0)!=WKUP_PRES) delay_ms(10); //等待KEY_UP 键按下
//第三步：函数eTaskGetState()的使用
eTaskState TaskState;
char TaskInfo[10];
printf("/***********第三步：函数eTaskGetState()的使用*************/\\r\\n");
TaskHandle=xTaskGetHandle("query_task"); //根据任务名获取任务句柄。(9)
TaskState=eTaskGetState(TaskHandle); //获取query_task 任务的任务壮态(10)
memset(TaskInfo,0,10); //数组清零
switch((int)TaskState) (11)
case 0:sprintf(TaskInfo,"Running");break;
case 1:sprintf(TaskInfo,"Ready");break;
case 2:sprintf(TaskInfo,"Suspend");break;
case 3:sprintf(TaskInfo,"Delete");break;
case 4:sprintf(TaskInfo,"Invalid");break;
printf("任务壮态值:%d,对应的壮态为:%s\\r\\n",TaskState,TaskInfo); (12)
printf("/**************************结束**************************/\\r\\n");
printf("按下KEY_UP 键继续!\\r\\n\\r\\n\\r\\n");
while(KEY_Scan(0)!=WKUP_PRES) delay_ms(10); //等待KEY_UP 键按下
//第四步：函数vTaskList()的使用
printf("/*************第三步：函数vTaskList()的使用*************/\\r\\n");
vTaskList(InfoBuffer); //获取所有任务的信息(13)
printf("%s\\r\\n",InfoBuffer); //通过串口打印所有任务的信息(14)
while(1)
LED1=~LED1;
vTaskDelay(1000); //延时1s，也就是1000 个时钟节拍
(1)、使用函数uxTaskGetNumberOfTasks()获取当前系统中的任务数量，因为要根据任务数
量给任务信息数组StatusArray 分配内存。注意，这里StatusArray 是个指向TaskStatus_t 类型的
指针，但是在使用的时候会把他当作一个数组来用。
(2)、调用函数pvPortMalloc()给任务信息数组StatusArray 分配内存，数组是TaskStatus_t 类