【FreeRTOS】任务管理

一、任务管理介绍

1.任务状态

1）调度器切换任务调度

2）任务是一个死循环，如果想要停止这个任务则会调用在函数最后写的delete函数进行自杀

1.就绪态

1）已经具备执行的能力，只等待调度器进行调度。

2）新创建的任务会默认设置为就绪态

2.运行态

1）表示此时任务正在运行，占用了CPU资源

2）是就绪任务优先级最高的运行

3.阻塞态

1）等待某一个时序或者中断的时候

2）等待延时，中断

3）已经从就绪列表中被删除

4.挂起态

1）任务被暂时停止，通过调用挂起函数（vTaskSuspend()）可以把指定任务挂起，任务挂起后暂时不会运行，只有调用恢复函数（xTaskResume()）才可以退出挂起状态；

2）处于挂起态的任务对调度器而言是不可见的

5.挂起  VS  阻塞

挂起态与阻塞态的区别，当任务有较长的时间不允许运行的时候，我们可以挂起任务，这样子调度器就不会管这个任务的任何信息，直到调用恢复任务的 接口；而任务处于阻塞态的时候，系统还需要判断阻塞态的任务是否超时，是否可以解除阻塞。

2.任务状态转换

 1.运行<----->就绪

  1. 从运行态到就绪态的转换：
    当一个任务正在运行时（即处于运行态），如果发生了某个事件（如定时器超时、消息队列接收、信号量释放等），可能会导致该任务释放其占用的资源（如 CPU）并返回到就绪态。这种转换通常是由任务自身触发的，例如，当任务完成其当前工作后，它可能会释放它之前占用的资源并返回到就绪态，等待下一次调度器选择它运行。

此外，当一个更高优先级的任务准备就绪时，当前运行的任务可能会被抢占，从而导致当前任务从运行态转换到就绪态。这是基于优先级的抢占式调度的核心特性。

          2.从就绪态到运行态的转换：
当任务处于就绪态时，它已经准备好运行，但尚未获得 CPU 的使用权。从就绪态到运行态的转换是由调度器触发的。当调度器发现当前运行的任务已经完成其工作并释放了 CPU，或者有一个更高优先级的任务准备就绪时，调度器会选择一个优先级最高的就绪任务，并将其从就绪态转换到运行态。

这个过程涉及上下文切换，即保存当前运行任务的上下文（如寄存器状态、堆栈指针等），并恢复新任务的上下文。然后，新任务开始执行，从它上次停止的地方继续执行。

2.运行-->阻塞

当一个任务处于运行态时，它可能会因为等待某个资源或事件（如信号量、互斥量、消息队列中的消息等）而主动进入阻塞态。这通常发生在任务调用某些可能导致阻塞的API时，如xSemaphoreTake()、xQueueReceive()等。

例如，如果一个任务尝试从一个空的消息队列中接收消息，并且该任务被配置为等待消息可用（阻塞接收），那么该任务将从运行态转换到阻塞态，并且会被加入到相应资源（在这个例子中是消息队列）的等待列表中。在阻塞态，任务会释放CPU，使得其他任务可以运行。

3.阻塞--->就绪

当任务所等待的资源或事件变得可用时，任务会从阻塞态转换到就绪态。这通常是由其他任务或中断服务例程（ISR）触发的。

例如，如果一个任务因为等待一个信号量而阻塞，当另一个任务释放该信号量时（通过调用xSemaphoreGive()），处于阻塞态的任务会被唤醒，并从信号量的等待列表中移除，转换到就绪态。此时，任务已经准备好再次运行，但是否能够立即运行取决于其优先级和其他任务的状态

4.就绪，运行，阻塞--->挂起

从运行态到挂起态

当任务处于运行态时，可以通过调用vTaskSuspend()函数来将其挂起。这将导致当前运行的任务立即释放CPU，并且其状态将从运行态转换到挂起态。挂起任务不会立即停止执行，而是在下一次上下文切换时停止。

从就绪态到挂起态

如果任务处于就绪态，同样可以通过调用vTaskSuspend()函数来将其挂起。一旦任务被挂起，它将不再参与调度器的调度，即使它的优先级比其他就绪任务高。

从阻塞态到挂起态

当任务处于阻塞态（等待某个资源或事件），并且该资源或事件尚未变得可用时，任务也可以被挂起。这通常是通过调用vTaskSuspend()函数实现的。在这种情况下，任务将保持其阻塞状态，但同时也会被挂起。一旦任务被挂起，即使资源或事件变得可用，任务也不会被唤醒。

从挂起态的恢复

要从挂起态恢复任务，可以使用vTaskResume()函数。这将把任务从挂起态转换回就绪态（如果任务原本处于就绪态或运行态被挂起），或者从阻塞态转换回阻塞态（如果任务原本因为等待资源或事件而被挂起）。当任务从挂起态恢复时，它将重新参与调度器的调度，并有可能在下一次上下文切换时获得CPU使用权。

二、常用API函数

1.任务挂起函数

1.vTaskSuspend

1）任务被挂起就不会获得CPU的使用权

2）无论任务当前处于什么状态，只要调用挂起函数就都可以进入挂起状态

3）如果这个传入的参数是NULL就表示挂起自己

2.vTaskSuspendAll 

1）这意味着一旦调用此函数，除了正在运行的任务（调用 vTaskSuspendAll() 的任务）之外，其他所有任务都将被暂停，不会获得 CPU 的使用权。

2）中断服务例程（ISR）不受 vTaskSuspendAll() 的影响。即使所有任务都被挂起，中断仍然可以正常响应和处理。

3）使用 xTaskResumeAll() 来恢复所有被 vTaskSuspendAll() 暂停的任务的调度。

4）如果系统配置了时间片轮转（task time slicing），vTaskSuspendAll() 也会暂停时间片的切换。

5）这个函数可以嵌套使用，但是如果调用多少次vTaskSuspendAll（）就要调用多少次xTaskResumeAll（）来恢复【如果你调用了vTaskSuspendAll() n 次，你就需要调用xTaskResumeAll() n 次来恢复所有任务的调度。】

2.任务挂起恢复 

1.vTaskResume

1）任务的恢复就让挂起的任务重新回到就绪状态

2）此函数不能用于中断函数中恢复任务挂起

2.xTaskResumeFromISR

1）在中断里面对任务挂起的恢复操作

2）

 3.任务删除

1.vTaskDelete

1）如果要删除自己，就传入“NULL”

2）如果要删除其他用户则传入对应的句柄即可

3）要使用这个函数，则要先将这个“INCLUDE_vTaskDelete”置为1

4）我们要在删除任务之前，先将这个任务拥有的这个内存先删除，在删除这个任务。要不然这个任务所占的空间不会自动删除，容易造成内存泄漏

4.任务延时函数

1.vTaskDelay

2.vTaskDelayUntil

3.  vTaskDelay    和    vTaskDelayUntil

  1. 延时方式：

    • vTaskDelay是一个相对延时函数，它使任务进入挂起态，直到至少等待指定的Tick Interrupt（滴答中断）次数。换句话说，它是从调用vTaskDelay函数开始，延时指定的时间后任务才会重新进入就绪态。
    • vTaskDelayUntil则是一个绝对延时函数，它会使任务等待到指定的绝对时刻后才会变为就绪态。这意味着任务会等待到指定的时间点，而不是等待某个数量的Tick Interrupt。

  2. 精度和任务执行：

    • vTaskDelayUntil的精度通常比vTaskDelay高，因为它基于绝对时间进行延时。
    • 在某些情况下，使用vTaskDelayUntil的任务不会丢失执行，而vTaskDelay可能会导致任务丢失执行。例如，当高优先级的任务长时间占用CPU时，使用vTaskDelay的任务可能会错过其预定的执行时间。

  3. 使用场景：

    • vTaskDelay适用于需要相对延时的场景，例如，当你想要任务在执行某个操作后等待一段时间再继续执行时。
    • vTaskDelayUntil则适用于需要任务在特定时间点执行的场景，例如，定时任务或需要在特定时间间隔内执行的任务。

三、任务的设计要点

1.中断服务函数

1）在中断函数中不能执行挂起任务

2）不允许执行任何会阻塞运行的API接口函数

3）保持精简短小

4）只能做标记，标记触发其他函数

5）中断过长，会影响其他函数的运行

2.普通任务

1）因为任务是死循环的，所以这里一定要有阻塞的机会，才可以跳转到其他任务

2）将紧急任务的优先级设计较高

3.空闲任务

1）任务创建的时候自动创建空闲任务

2）空闲任务中也不要编写会阻塞运行的API函数

3）主要用于释放资源

4.任务执行时间

1）时间---->任务执行的周期时间，任务需要的时间长短

2）一般来说：处理时间更短的任务优先级要设置的越高（因为这样对运行时间长的任务来说根本不值得一提）

四、例子

#include "system.h"
#include "SysTick.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "key.h"


//任务优先级
#define START_TASK_PRIO		1
//任务堆栈大小	
#define START_STK_SIZE 		128  
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);

//任务优先级
#define LED1_TASK_PRIO		2
//任务堆栈大小	
#define LED1_STK_SIZE 		50  
//任务句柄
TaskHandle_t LED1Task_Handler;
//任务函数
void led1_task(void *pvParameters);

//任务优先级
#define LED2_TASK_PRIO		3
//任务堆栈大小	
#define LED2_STK_SIZE 		50  
//任务句柄
TaskHandle_t LED2Task_Handler;
//任务函数
void led2_task(void *pvParameters);

//任务优先级
#define KEY_TASK_PRIO		4
//任务堆栈大小	
#define KEY_STK_SIZE 		50  
//任务句柄
TaskHandle_t KEYTask_Handler;
//任务函数
void key_task(void *pvParameters);


/*******************************************************************************
* 函 数 名         : main
* 函数功能		   : 主函数
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
int main()
{
	SysTick_Init(72);
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4
	LED_Init();
	KEY_Init();
	USART1_Init(115200);
	
	//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
}

//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
      
    //创建LED1任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )led1_task,     
                (const char*    )"led1_task",   
                (uint16_t       )LED1_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )LED1_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&LED1Task_Handler); 
				
	//创建LED2任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )led2_task,     
                (const char*    )"led2_task",   
                (uint16_t       )LED2_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )LED2_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&LED2Task_Handler);

	//创建KEY任务
    xTaskCreate((TaskFunction_t )key_task,     
                (const char*    )"key_task",   
                (uint16_t       )KEY_STK_SIZE, 
                (void*          )NULL,
                (UBaseType_t    )KEY_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*  )&KEYTask_Handler);
				
    vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
    taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
} 

//LED1任务函数
void led1_task(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        LED1=0;
        vTaskDelay(200);
        LED1=1;
        vTaskDelay(800);
    }
}

//LED2任务函数
void led2_task(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        LED2=0;
        vTaskDelay(800);
        LED2=1;
        vTaskDelay(200);
    }
}

//KEY任务函数
void key_task(void *pvParameters)
{
    u8 key=0;
	
	while(1)
    {
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY_UP_PRESS)
		{
			printf("挂起LED任务！\n");
			vTaskSuspend(LED2Task_Handler);/* 挂起LED任务 */
			printf("挂起LED任务成功！\n");
		}
		else if(key==KEY1_PRESS)
		{
			printf("恢复LED任务！\n");
			vTaskResume(LED2Task_Handler);/* 恢复LED任务！*/
			printf("恢复LED任务成功！\n");
		}
		//将本任务进行挂起
		vTaskDelay(20);
    }
}

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