FreeRTOS操作系统学习—

FreeRTOS操作系统学习——任务管理

任务概念

在FreeRTOS中，一个任务相当于一个线程，可以有很多的任务，每个人任务可以设置不同的优先级。相同优先级的任务轮流使用CPU，高优先级的任务可以一直使用CPU，直到主动放弃，低级的任务才有被执行的机会。
任务函数原型如下

void ATaskFunction( void *pvParameters );

要注意的是：

这个函数不能返回，并且必须处于死循环中或主动终止的情况，否则整个操作系统将无法使用
同一个函数，可以用来创建多个任务；换句话说，多个任务可以运行同一个
函数内部，尽量使用局部变量：每个任务都有自己的栈，每个任务运行这个函数时
函数使用全局变量、静态变量的话，只有一个副本：多个任务使用的是同一个副本

void ATaskFunction( void *pvParameters ) 
{ 
/* 对于不同的任务，局部变量放在任务的栈里，有各自的副本 */ 
int32_t lVariableExample = 0; 
/* 任务函数通常实现为一个无限循环 */ 
for( ;; ) 
{ 
/* 任务的代码 */ 
} 
/* 如果程序从循环中退出，一定要使用vTaskDelete删除自己 
* NULL表示删除的是自己 
*/ 
vTaskDelete( NULL ); 
/* 程序不会执行到这里, 如果执行到这里就出错了 */ ```
}

任务创建

创建任务时可以使用2个函数：动态分配内存、静态分配内存。
使用动态分配内存的函数如下：

BaseType_t xTaskCreate(  
TaskFunction_t pxTaskCode, // 函数指针, 任务函数 
              const char * const pcName, // 任务的名字 
              const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, // 栈大小,单位为word,10表示40字节 
              void * const pvParameters, // 调用任务函数时传入的参数 
              UBaseType_t uxPriority,    // 优先级 
              TaskHandle_t * const pxCreatedTask ); // 任务句柄, 以后使用它来操作这个任务

参数说明：
在这里插入图片描述

任务句柄：任务句柄（Task Handle）是在 FreeRTOS中用于标识和引用任务的数据类型。每个创建的任务都会分配一个唯一的任务句柄，通过该句柄可以对任务进行操作和管理。
任务句柄是一个指向任务控制块（Task Control Block，TCB）的指针。任务控制块是 FreeRTOS
中用于描述和管理任务的数据结构，包含了任务的状态、优先级、堆栈等信息。
使用任务句柄，可以通过 FreeRTOS 提供的 API 函数对任务进行操作，例如挂起（suspend）、恢复（resume）、删除（delete）任务，或者查询任务的状态等。另外，任务句柄还可以用于任务通信和同步的机制，例如向任务发送信号量或消息。

使用静态分配内存的函数如下：

TaskHandle_t xTaskCreateStatic (  
    TaskFunction_t pxTaskCode,   // 函数指针, 任务函数 
    const char * const pcName,   // 任务的名字 
    const uint32_t ulStackDepth, // 栈大小,单位为word,10表示40字节 
    void * const pvParameters,   // 调用任务函数时传入的参数 
    UBaseType_t uxPriority,      // 优先级 
    StackType_t * const puxStackBuffer, // 静态分配的栈，就是一个buffer 
    StaticTask_t * const pxTaskBuffer // 静态分配的任务结构体的指针，用它来操作这个任务 
);

相比于使用动态分配内存创建任务的函数，最后2个参数不一样：
在这里插入图片描述
动态分配内存与静态分配内存创建任务的区别：

xTaskCreate与 xTaskCreateStatic的功能上的区别是，xTaskCreate是操作系统自动分配内存，xTaskCreateStatic是需要程序员手动定义内存；
xTaskCreate适用于项目开发中内存余量比较充足的项目，只是简单的分配大小就可以了；
xTaskCreateStatic适用于项目开发中内存比较紧张的项目，事先定义好内存大小并占用内存空间，这样在系统编译的时候就可以确定总内存大小，也不会出现系统运行到当前任务时内存不足而出现崩溃的情况

任务删除

删除任务时使用的函数如下：

void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );

在这里插入图片描述
怎么删除任务？举个不好的例子：
⚫ 自杀：vTaskDelete(NULL)
⚫ 被杀：别的任务执行vTaskDelete(pvTaskCode)，pvTaskCode是自己的句柄
⚫ 杀人：执行vTaskDelete(pvTaskCode)，pvTaskCode是别的任务的句柄

任务执行流程Tick

对于同优先级的任务，它们“轮流”执行。怎么轮流？你执行一会，我执行一会。
"一会"怎么定义？
人有心跳，心跳间隔基本恒定。
FreeRTOS中也有心跳，它使用定时器产生固定间隔的中断。这叫Tick、滴答，比如每10ms发生一次时钟中断。
在这里插入图片描述
有了Tick的概念后，我们就可以使用Tick来衡量时间了，比如：

vTaskDelay(2);  // 等待2个Tick，假设configTICK_RATE_HZ=100, Tick周期时10ms, 等待20ms 

// 还可以使用pdMS_TO_TICKS宏把ms转换为tick 
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));  // 等待100ms

注意，基于Tick实现的延时并不精确，比如vTaskDelay(2)的本意是延迟2个Tick周期，有可能经过1个Tick多一点就返回了。
在这里插入图片描述
使用vTaskDelay 函数时，建议以ms为单位，使用pdMS_TO_TICKS把时间转换为Tick。这样的代码就与configTICK_RATE_HZ无关，即使配置项configTICK_RATE_HZ改变了，我们也不用去修改代码。

任务状态

在FreeRTOS中任务状态有：运行状态，暂停状态，阻塞状态，就绪状态

运行态（runnnig）：当任务正在运行，此时的状态被称为运行态，即CPU的使用权被这个任务占用；
挂起态（suspended）：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；
阻塞态（blocked）：任务在等待信号量、消息队列、事件标准组、系统延时时，被称为阻塞态，如果等待的事件到了，就会自动退出阻塞态，准备运行；
就绪态（ready）：任务已经具备了运行条件（没有被挂起或阻塞），但是又更高优先级或同优先级的任务正在运行，所以需要等待的状态。

在这里插入图片描述