FreeRTOS 任務與調度器（1）

 前言：

Task.c和Task.h文件內是FreeRTOS的核心內容，所有任務和調度器相關的API函數都在這個文件中，它包括下圖這些內容FreeRTOS文件如下：

Task.c和Task.h文件內是FreeRTOS的核心內容，所有任務和調度器相關的API函數都在這個文件中，它包括下圖這些內容

 

在開始介紹函數之前，首先我們先簡單了解一下任務狀態：

• FreeRTOS的任務5種狀態：

1. 運行狀態：當前正在執行的任務的狀態，只可能會一個當前正在執行的任務
2. 就緒狀態：隨時可以運行的任務的狀態，就緒狀態任務隨時等待調度器調度
3. 阻塞狀態：任務因為某些原因暫時不能被調度狀態，一般情況下正在等待某些事件的發生比如調用了xTaskDelay()在一段時間內任務會被阻塞，在這些事件達成后任務會自動回到就緒狀態。
4. 掛起狀態：vTaskSuspend()函數會讓任務進入掛起狀態，這時候這個任務不會執行。調用xTaskResume()函數才能讓這些任務回到就緒狀態
5. 刪除狀態：一個任務被使用vTaskDelete()函數后被刪除，處於刪除狀態。

他們之間的狀態切換如下示意圖：

這本篇中，主要介紹一下這6個部分：

 

 

一、創建任務：

• 顧名思義，這些函數的作用是創建一個任務，創建的任務會進入就緒狀態，如果沒其他更高優先級的任務運行，則馬上進入運行狀態
• 這些函數可以在調度器啟動前或啟動后調用

1.1、vTaskCreate()

1.1.1、函數簡介

幾個比較重要的輸入參數介紹一下：

• pvTaskCode:直接指向函數的本體的指針，可以把任務函數名字直接貼過來
• usStackDepth:任務內申請的局部變量會使用到任務的堆棧空間，（在32位系統中，這個參數的單位是word=4byte），例如這個參數設置為100，那么這個任務將會申請到400byte的空間。
• uxPriority：任務優先級，使用這個參數來設置任務優先級（0是最低優先級），在FreeRTOSConfig.h 中調整configMAX_PRIORITIES的定義可以設置最高可用的優先級（最高可設置優先級為configMAX_PRIORITIES-1）。高優先級的任務可以搶斷低優先級的任務，（主要：記得高優先級的任務不需要用的時候將其阻塞或掛起或刪除，否則低優先級的任務可能永遠無法得到運行權）
• pxCreatedTask：句柄的地址，以后使用其他API功能來索引這個任務時會需要用到（注意：這里傳入的是句柄的地址！)

1.1.2、使用簡介：

以下是官方例子：

1.2、vTaskCreateStatic()

1.2.1、函數簡介

為了方便我們自己管理內存，有了靜態創建任務法，任務堆棧的創建和回收都要由編程者來處理，與vTaskCreate()對比，我們可以發現以下不同之處：

• puxStackBuffer參數:任務需要用到的堆棧數組的地址，我們只需要創建一StackType_t類型個空的數組，然后把數組指針傳進來就好了（注意數組的大小要大於ulStackDepth）
• pxTaskBuffer參數:存放任務數據結構（TCB）的變量，同樣的，我們創建一個StaticTask_t類型的變量，然后把他的指針傳進來
• 還有一處不同，輸入參數的句柄取消掉了，但是句柄還是存在的，只是變為了返回參數

1.2.2、使用簡介
官方例程如下：

1. 創建一個StaticTask_t 類型的參數，稍后用於存放任務數據結構（TCB）
2. 創建一個StackType_t類型數組，稍后用於作為任務堆棧
3. 創建一個句柄，稍后用作vTaskCode任務的句柄
4. 使用xTaskCreateStatic()創建任務
5. 使用vTaskSuspend()、並通過傳入句柄掛起剛剛創建的任務，目的是展示給我們看這個任務的句柄是可用的

二、刪除任務：

2.1、參數簡介

 

2.2、使用簡介

下面是官方例子：

1. 在當前任務中，用xTaskCreate()創建另一個任務B
2. 如果任務B創建成功，使用vTaskDelete(任務句柄)刪除掉任務B。
3. 用vTaskDelete(NULL)刪除掉當前任務，目的是展示給我們看通過傳入NULL可以刪除當前任務

 

 

三、延時函數：

3.1、vTaskDelay()

3.1.1、函數簡介

xTaskDelay()

• 讓調用這個函數的任務在一定時間內進入阻塞狀態，時間到達后會切換回來這個任務。
• 如果輸入參數為0，那么這個任務不會阻塞，但是會切換

*這個函數只有一個輸入參數，但需要注意一下它是以tick時鍾的中斷次數為單位的（並不是以毫秒為單位）：

3.1.2、使用簡介

下面是官方的例子
其中兩處vTaskDelay()

1. 延時20個tick時間片
2. 延時20ms。(pdMS_TOTICKS()可以把ms時間換成tick為單位)

 

 3.2、vTaskDelayUntil()

3.2.1、函數簡介

• 讓任務進入阻塞狀態等待實際那到達，是精確的絕對時間
• 周期性任務能夠使用vTaskDelayUntil()來達到連續的執行頻率

3.2.2、使用簡介

以下是官方的例子：

1. 創建一個TickType_t類型的變量，用於記錄上一次系統時間
2. 用pdMS_TO_TICKS()函數把50ms轉換為tick為單位，方便等下給vTaskDelayUntil調用
3. 初始化第一步中的變量，在這一步后，這個變量不用再手動更新（vTaskDelayUntil()會更新它）
4. 使用vTaskDelayUntil()、傳入剛剛的參數，制造50ms固定時間的循環

 

3.3、重要對比

vTaskDelay()和vTaskDelayUntil()的不同之處
我們可以直接翻譯一下官方手冊的描述：

 

 

舉個例子：
以下兩個任務分別用vTaskDelay()和vTaskDelayUntil()來實現延時功能：
思考一個問題： 任務A 和任務B都能實現LED閃爍，那么A 和 B任務的LED端口多少毫秒翻轉一次 ？
任務A：

任務B:

• 任務A中，LED端口15毫秒翻轉一次
• 任務B中，LED端口10毫秒翻轉一次

*注意：Delay_MS()是一個自定義的函數，用來模擬任務中處理其他東西浪費了5ms。
兩個任務都是 TaskDelay(10毫秒) ,但是任務A中使用vTaskDelay(),在任務B中使用vTaskDelayUntil()。
在任務A中：vTaskDelay()是從調用的那一刻開始算，那么這個任務本身在Delay_MS中占用了5MS，LED翻轉的時間忽略不計，那么加上vTaskDelay()的10MS，就是15MS。
在任務B中：vTaskDelayUntil()和任務本身執行時間無關，只要任務每次循環執行的總時間少於10ms，那么這個任務就是10ms執行一次了。

最后提一下xTaskAbortDelay()這個函數，根據描述，他能讓正在阻塞狀態等待延時的函數馬上切出，進入就緒狀態。但由於我的庫版本比較舊，沒有這個函數，所以就不作更多的介紹了。

四、開啟調度器

4.1、函數簡介：

這個函數作用是開啟調度器，調用這個函數后任務就會開始執行。所以在整個程序中只需要調用一次，一般在main函數中調用就可以了。開啟成功的話，系統由調度器接管了，main函數中vTaskStartScheduler()后面的代碼都不會被執行。

4.2、使用簡介：

官方的例子：

1. 創建任務
2. 開啟調度器，開啟后程序會跳轉到vATask（）任務中

 

五、任務的掛起和恢復

5.1、vTaskSuspend() 和 vTaskResume()

5.1.1、函數簡介：

掛起/解除掛起單個任務：

• vTaskSuspend的函數是讓指定的任務進入掛起狀態
• xTaskResume的函數是讓指定的任務從掛起狀態換為就緒狀態。
• xTaskResumeFromISR()是xTaskResume()適合在中斷中調用的版本

5.1.2、使用簡介
使用很簡單，當不需要用某個任務的時候用vTaskResume(句柄) 把那個任務掛起，需要用的時候再打開就行了，下面是官方的例程，實現了這三步：

1. 使用xTaskCreate()創建任務
2. 創建成功的話使用vTaskSuspend()把剛剛創建的任務轉換為掛起狀態（該任務將不會再得到執行）
3. 使用vTaskResume()讓剛剛掛起的任務轉為就緒狀態

 

5.2、vTaskSuspendAll()和vTaskResumeAll()

5.2.1、函數簡介：

vTaskSuspendAll()掛起調度器 對應 xTaskResumeAll()解除掛起調度器：
• vTaskSuspendAll()掛起調度器后，只有當前任務在繼續執行，不會發生任務切換了。
• xTaskResumeAll()對應vTaskSuspendAll()恢復調度器。
這個函數的作用之一在於，可以保證一些不能被分的程序執行，因為掛起調度器保證了不會被高優先級的任務強調（注意調度器掛起后中斷還是可以運行的，如果要保證時效，還得把中斷關閉）

注意：vTaskSuspendAll()是可以遞歸調用的，這意味着調用了多少次vTaskSuspendAll()，就必須有多少此vTaskResumeAll()的調用才能讓調度器恢復。這個情況以下的例子中很好地體現了。

5.2.2、使用簡介

1. 在任務vTask1中第一此調用vTaskSuspendAll()，此時調度器被掛起，不會發生任務切換
2. 調用另一個用作例子的vDemoFunction()
3. 第二次調用vTaskSuspendAll()，此時調度器再次被掛起，而且掛起計數增加到2
4. 第一次調用vTaskResumeAll()，此時調度器掛起計數減少為1，但是調度器仍然處於掛起狀態
5. 第二次調用vTaskResumeAll()，調度器計數為0，調度器恢復運行，后面會發生任務切換了

 

六、任務切換

6.1、函數簡介

• 在一個運行的任務中調用taskYIELD（），那么這個任務會被降級為就緒狀態，調度器會選擇另一個相同優先級的就緒任務執行。（如果沒有相同優先級的任務就緒，那么這個任務將不會切換，會繼續執行。

 

 

6.2、使用簡介

我們來看官方例子：

1. 在調用taskYIELD()后，vATask這個任務會馬上"讓步"，進入就緒狀態等待，等待下次得到調度器調度的時候，會執行taskYIELD()下面的代碼

 在下一節中，我們會繼續介紹task中的通知和其他內容