FreeRTOS如何減少RAM占用空間并加快執(zhí)行速度？

之前分享了《FreeRTOS V10.4.0更新了哪些功能？》，今天就來(lái)詳細(xì)講述其中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：FreeRTOS的直接任務(wù)（消息）通知，這樣做的目的就是減少RAM占用空間并加快執(zhí)行速度。

一、寫在前面

幾乎所有RTOS操作系統(tǒng)都提供了隊(duì)列和信號(hào)量的功能，對(duì)于大部分新手來(lái)說(shuō)，使用隊(duì)列和信號(hào)量是必備技能。

但是，在大多數(shù)情況下，他們都是使用“中介對(duì)象”進(jìn)行通信，而并非“直接任務(wù)消息”通信。

通過(guò)“中介對(duì)象”進(jìn)行通信，每一組隊(duì)列或信號(hào)量都會(huì)分配一段內(nèi)存（消息緩沖區(qū)和流緩沖區(qū)）。就存在一個(gè)問(wèn)題，如果隊(duì)列或信號(hào)量比較多，勢(shì)必造成更大的內(nèi)存開支。

但是，如果通過(guò)本文說(shuō)的“直接消息”通信，會(huì)節(jié)約很多內(nèi)存。

二、什么是直接任務(wù)通知？

大多數(shù)任務(wù)間通信方法都通過(guò)中介對(duì)象，例如隊(duì)列，信號(hào)量或事件組。發(fā)送任務(wù)寫入通信對(duì)象，接收任務(wù)從通信對(duì)象讀取。

比如FreeRTOS的隊(duì)列通信，首先創(chuàng)建隊(duì)列之前要定義一個(gè)隊(duì)列：

QueueHandle_t xQueue；xQueue = xQueueCreate（10， sizeof（ /* 長(zhǎng)度 */ ） ）;

而這個(gè)隊(duì)列包含了很多中介對(duì)象：

大家可以算一下這個(gè)“中介對(duì)象”會(huì)占用多少RAM空間？

通過(guò)一個(gè)代碼示意圖理解中介對(duì)象通信：

直接任務(wù)通知：

當(dāng)使用直接任務(wù)通知時(shí)，顧名思義，發(fā)送任務(wù)將通知直接發(fā)送給接收任務(wù)，而無(wú)需中介對(duì)象。

通過(guò)一個(gè)代碼示意圖理解：

從FreeRTOS V10.4.0開始，每個(gè)任務(wù)都有一系列通知。每個(gè)通知都包含一個(gè)32位值和一個(gè)布爾狀態(tài)，它們一起僅消耗5個(gè)字節(jié)的RAM。

就像任務(wù)可以阻止二進(jìn)制信號(hào)量等待該信號(hào)量變?yōu)椤翱捎谩币粯?，任?wù)可以阻止通知以等待該通知的狀態(tài)變?yōu)椤按幚怼?。同樣，就像任?wù)可以阻止計(jì)數(shù)信號(hào)量以等待該信號(hào)量的計(jì)數(shù)變?yōu)榉橇阋粯?，任?wù)可以阻止通知以等待該通知的值變?yōu)榉橇恪Ｏ旅娴牡谝粋€(gè)示例演示了這種情況。

通知不僅可以傳達(dá)事件，還可以通過(guò)多種方式傳達(dá)數(shù)據(jù)。

三、進(jìn)一步分析直接任務(wù)通知

通過(guò)對(duì)比FreeRTOS V10.4.0和之前版本，你會(huì)發(fā)現(xiàn)V10.4.0多了一些API，比如ulTaskNotifyTake / ulTaskNotifyTakeIndexed：

在官網(wǎng)也有針對(duì)這些API的詳細(xì)介紹和說(shuō)明，以及應(yīng)用代碼例子：

直接任務(wù)通信API說(shuō)明地址：

https://www.freertos.org/RTOS-task-notification-API.html

（公號(hào)不支持外鏈接，請(qǐng)復(fù)制鏈接到瀏覽器打開）

四、使用直接任務(wù)通知性能優(yōu)勢(shì)和使用限制

任務(wù)通知的靈活性使它們可以在需要?jiǎng)?chuàng)建單獨(dú)的隊(duì)列、 二進(jìn)制信號(hào)量、 數(shù)信號(hào)量或事件組的情況下使用。

與使用中介對(duì)象（例如信號(hào)量）來(lái)取消阻止任務(wù)相比，使用直接通知取消阻止RTOS任務(wù)的速度快了45％ （來(lái)自官方數(shù)據(jù)） ，并且使用的RAM更少。

當(dāng)然，有這些性能優(yōu)勢(shì)，也肯定一些限制：

僅當(dāng)只有一個(gè)任務(wù)可以作為事件的接收者時(shí)，才可以使用RTOS任務(wù)通知。但是，在大多數(shù)實(shí)際使用情況下都可以滿足此條件，例如中斷使執(zhí)行任務(wù)處理的任務(wù)中斷時(shí)，該任務(wù)將處理該中斷接收的數(shù)據(jù)。

僅在使用RTOS任務(wù)通知代替隊(duì)列的情況下：接收任務(wù)可以在“阻塞”狀態(tài)下等待通知（因此不占用任何CPU時(shí)間），而發(fā)送任務(wù)不能在“阻塞”狀態(tài)下等待消息。如果發(fā)送無(wú)法立即完成，則發(fā)送完成。

五、使用方法

使用方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要你會(huì)使用RTOS的隊(duì)列、信號(hào)量，基本看一眼官方例子就能使用。

我這里也拿官方例子說(shuō)明一下：

/* main（） 創(chuàng)建的兩個(gè)任務(wù)的原型 */static void prvTask1（ void *pvParameters ）;static void prvTask2（ void *pvParameters ）;/* 處理由main（） 創(chuàng)建的任務(wù)的句柄 */static TaskHandle_t xTask1 = NULL， xTask2 = NULL;/* 創(chuàng)建兩個(gè)任務(wù)，來(lái)回發(fā)送通知，然后啟動(dòng)RTOS調(diào)度程序 */void main（ void ）{ xTaskCreate（ prvTask1， “Task1”， 200， NULL， tskIDLE_PRIORITY， &xTask1 ）; xTaskCreate（ prvTask2， “Task2”， 200， NULL， tskIDLE_PRIORITY， &xTask2 ）; vTaskStartScheduler（）;}/*———————————————————–*//* prvTask1（） 使用API的“索引”版本 */static void prvTask1（ void *pvParameters ）{ for（ ;; ） { /* 發(fā)送通知到prvTask2（） ，使其脫離“已阻止”狀態(tài)。*/ xTaskNotifyGiveIndexed（ xTask2， 0 ）; /* 阻止等待prvTask2（） 通知此任務(wù) */ ulTaskNotifyTakeIndexed（ 0， pdTRUE， portMAX_DELAY ）; }}/*———————————————————–*//* prvTask2（）使用API的原始版本（不帶“索引”） */static void prvTask2（ void *pvParameters ）{ for（ ;; ） { /* 等待prvTask1（）通知此任務(wù) */ ulTaskNotifyTake（ pdTRUE， portMAX_DELAY ）; /* 向prvTask1（）發(fā)送通知，使它退出“已阻止”狀態(tài) */ xTaskNotifyGive（ xTask1 ）; }}

責(zé)任編輯：haq