FreeRTOS 任務管理

FreeRTOS 任務管理

任務函數

• 我們可以按照以上方式定義任務函數，可以更改函數名、變量名。
• 每一個任務都有一個進入點，任務是一個死循環，一旦啓動不會自己停止。
• 注意，任務函數是沒有返回值的，而且一定不能有return。任務可以被顯式刪除。
• 一個任務函數可以創建任意個的任務

任務函數定義如下：

API

創建任務 （Creating Tasks）

The xTaskCreate()

示例1 任務創建

*pvTaskCode 是一個函數指針，也就是任務函數名稱。比如說，創建一個名爲vTask1的函數，注意，一定是個死循環！

void vTask1(void *pvParameters)
{
	for(;;)
	{
		vPrintString( "Hello world!" );
	}
}
void vTask2(void *pvParameters)
{
	for(;;)
	{
		// 此處省略
	}
}

在main()函數中創建任務，

int main( void )
{
	xTaskCreate( vTask1, // 函數指針
			 	"Task 1", // 任務名稱，實際作用不大，可用來Debug
			 	1000, // 堆棧大小，根據需要調整
			 	NULL, // 需要傳遞到任務的參數，沒有就設置爲NULL
			 	1, // 任務優先級
			 	NULL); // 任務句柄
	xTaskCreate(vTask2,"Task 2",1000,NULL,1,NULL);
	// xTaskCreate()的返回值是 pdPASS/pdFAIL
	vTaskStartScheduler();
	for(;;); // 我們的main()函數不能返回，開啓調度器後，FreeRTOS會接管系統。
}

如下圖所示：

我們也可以直接在一個任務中創建另一個任務：

示例 2 參數傳遞

我們也可以通過參數傳遞實現兩個不同的任務用同一個任務函數
任務函數：

創建任務：

任務優先級 （Task Priorities）

在創建任務時，FreeRTOS會根據xTaskCreate()中定義的初始值，確定任務優先級。在開啓調度之後，任務的優先級也可以通過vTaskPrioritySet()函數重新設定。
任務的最大優先級定義爲configMAX_PRIORITIES，最小優先級是0，所以選取 (configMAX_PRIORITIES – 1)範圍內的任意一個優先級都是被允許的。而且不同的任務可以擁有相同的優先級。當優先級相同時，調度器將交替執行任務。

FreeRTOS調度器允許以兩種方式調度。

• 通用方式 Generic Method
  在這種情況下，FreeRTOS不限制最大優先級的數值，但是還是建議將最大優先級數設置在“夠用”的數值上，減少內存消耗。
  可以通過將configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION設置爲0啓用這個方式。
• 根據架構優化方式 Architecture Optimized Method
  這個方式比通用方式要快，因爲它是用來部分彙編代碼編寫。
  在這種情況下，configMAX_PRIORITIES不能超過32，同樣的，建議將最大優先級數設置在“夠用”的數值上，減少內存消耗。
  可以通過將configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION設置爲1啓用這個模式。但是，並不是所有的FreeRTOS接口都支持這個模式。

時間測量和滴答中斷 （Time Measurement and the Tick Interrupt）

時間片 Time Slice：
時間片作爲最小的執行時間也叫滴答週期(Tick Period)，可以通過configTICK_RATE_HZ設置。
爲了選擇下個需要運行的任務，調度器在每個時間片結束時都會執行調度，通過滴答中斷實現。如圖所示：

可以看到，黑色箭頭表示的是，任務結束->觸發滴答中斷->進行調度 的過程。

FreeRTOS通常以滴答週期作爲單位，表示爲 “xx ticks”, 可以通過pdMS_TO_TICKS()函數進行ms到ticks的單位換算。

注意，一般不建議直接用數值指定ticks，考慮到可移植性，使用pdMS_TO_TICKS()函數能避免很多麻煩。

示例

由於Task2的優先級比Task1高，所以只有Task2能執行

非運行狀態的情況 Expanding the ‘Not Running’ State

阻塞態 Blocked State

阻塞態有兩種可能情況：

• 跟時間相關的事件（比如說，延時）
• 同步事件（比如說，任務需要等待數據等）
  在FreeRTOS中，隊列，信號量，互斥量，事件組，任務通知都會產生同步事件

掛起態 Suspended State

掛起態的任務不會被調度，唯一可以導致掛起的操作是調用vTaskSuspend()函數，從掛起態跳出可以調用vTaskResume()和xTaskResumeFromISR()，大部分的應用不需要掛起態。

就緒態 Ready State

就緒態的任務處於等待調度上CPU的狀態

狀態機模型

延時函數 vTaskDelay()

示例程序：

vTaskDelay() 的延遲時間是相對的，他是 本次調用到再次調用 所經過的時間。所以，前提是需要調用vTaskDelay() 纔可以，如果這段時間中有別的任務搶佔CPU，就無法保證延遲是固定頻率的。

圖解：

延時函數 vTaskDelayUntil()

vTaskDelayUntil() 的延時時間是個固定值，參數代表了精確的延時時間。這樣，延時的執行頻率是固定的。在想讓任務以固定頻率執行時，應使用這種方式。

示例程序：

圖解：

• t1時刻，Periodic任務剛執行完成，xLastWakeTime記錄下此時的tick count（tick count是從調度開始不斷遞增的一個計數器）；Continuous1開始運行
• t5時刻，調度器發現Periodic任務的延時時間已經到了，所以將其設置爲就緒態。同時，由於此任務優先級最高，於是開始執行。執行完成後切換到Continuous1任務。

空閒任務和空閒鉤子 The Idle Task and the Idle Task Hook

空閒任務

空閒任務在開啓調度時會自動被系統創建，空閒任務擁有最低優先級

空閒鉤子 Idle Task Hook Functions

空閒鉤子會被空閒任務自動調用，它常應用於：

• 運行連續處理的功能，後臺功能，比如說狀態指示燈
• 檢測處理器餘量
• 低功耗運行

注意：

1. 空閒鉤子不能被阻塞或掛起
2. 如果使用vTaskDelete()函數，鉤子函數必須在合理的時間內返回到調用。

示例：

修改任務優先級 Changing the Priority of a Task

設置優先級 vTaskPrioritySet()

如果第一個參數設置爲NULL，表明修改自身優先級

獲取優先級 uxTaskPriorityGet()

示例

圖解：

• Task1提高了Task2優先級，此時Task2搶佔CPU，開始運行
• Task2運行完降低自己的優先級，此時Task1搶佔CPU，開始運行

刪除任務 Deleting a Task

vTaskDelete()

示例程序：


圖解

Task1創建Task2任務，Task2刪除自己，just it~