FreeRTOS中的任務管理

任務概述

任務是 FreeRTOS 中最基本的調(diào)度單元，它是一段可執(zhí)行的代碼，可以獨立運行。FreeRTOS 中的任務是基于優(yōu)先級的搶占式調(diào)度，優(yōu)先級高的任務可以搶占優(yōu)先級低的任務的 CPU 資源。任務的創(chuàng)建、刪除、掛起、恢復、設置優(yōu)先級等操作都是通過調(diào)用 API 函數(shù)來實現(xiàn)的。

任務的創(chuàng)建

任務的創(chuàng)建是通過調(diào)用 复制xTaskCreate 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                        const char * const pcName,
                        const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
                        void * const pvParameters,
                        UBaseType_t uxPriority,
                        TaskHandle_t * const pxCreatedTask );

參數(shù)說明：

• pxTaskCode：任務函數(shù)的入口地址。
• pcName：任務的名字，用于調(diào)試。
• usStackDepth：任務棧的大小，單位為字。
• pvParameters：傳遞給任務函數(shù)的參數(shù)。
• uxPriority：任務的優(yōu)先級。
• pxCreatedTask：任務創(chuàng)建成功后，返回任務句柄。

任務的刪除

任務的刪除是通過調(diào)用 复制vTaskDelete 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制void vTaskDelete( TaskHandle_t xTask );

參數(shù)說明：

• xTask：任務句柄。

任務的掛起和恢復

任務的掛起和恢復是通過調(diào)用 复制vTaskSuspend 和 复制xTaskResume 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend );
BaseType_t xTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume );

參數(shù)說明：

• xTaskToSuspend：掛起任務句柄。
• xTaskToResume：恢復任務句柄。

任務的優(yōu)先級

任務的優(yōu)先級是通過調(diào)用 复制vTaskPrioritySet 和 复制xTaskPriorityGet 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask, UBaseType_t uxNewPriority );
UBaseType_t xTaskPriorityGet( TaskHandle_t xTask, BaseType_t * pxPreviousPriority );

參數(shù)說明：

• xTask：任務句柄。
• uxNewPriority：新的優(yōu)先級。
• pxPreviousPriority：保存原來的優(yōu)先級。

注意： 在 FreeRTOS 中，優(yōu)先級數(shù)值越大，優(yōu)先級越高，任務的優(yōu)先級不能超過 复制configMAX_PRIORITIES 宏定義的值。

任務的延時

任務的延時是通過調(diào)用 复制vTaskDelay 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay );

參數(shù)說明：

• xTicksToDelay：延時時間，單位為時鐘節(jié)拍。

任務的阻塞

任務的阻塞是通過調(diào)用 复制vTaskDelayUntil 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime, const TickType_t xTimeIncrement );

參數(shù)說明：

• pxPreviousWakeTime：保存上一次喚醒的時間。
• xTimeIncrement：下一次喚醒的時間增量。

任務的阻塞和喚醒

任務的阻塞和喚醒是通過調(diào)用 复制xTaskNotifyWait 和 复制xTaskNotify 函數(shù)來實現(xiàn)的，函數(shù)原型如下：

复制UBaseType_t xTaskNotifyWait( UBaseType_t uxBitsToClearOnEntry, UBaseType_t uxBitsToClearOnExit, uint32_t * pulNotificationValue, TickType_t xTicksToWait );
BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, UBaseType_t uxTaskPriority, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction );

參數(shù)說明：

• uxBitsToClearOnEntry：在任務進入阻塞前，需要清除的任務通知位。
• uxBitsToClearOnExit：在任務退出阻塞前，需要清除的任務通知位。
• pulNotificationValue：保存任務通知值。
• xTicksToWait：阻塞時間。
• xTaskToNotify：需要通知的任務句柄。
• uxTaskPriority：需要通知的任務優(yōu)先級。
• ulValue：需要通知的任務通知值。

Playground

創(chuàng)建任務

創(chuàng)建 2 個優(yōu)先級都是复制1的任務.

复制#include < freertos/FreeRTOS.h >
#include < freertos/task.h >
#include < stdio.h >

// 任務1的函數(shù)
void task1(void *pvParameter) {
    while (1) {
        printf("這是任務1n");
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);  // 1秒的延遲
    }
}

// 任務2的函數(shù)
void task2(void *pvParameter) {
    while (1) {
        printf("這是任務2n");
        vTaskDelay(2000 / portTICK_PERIOD_MS);  // 2秒的延遲
    }
}

void app_main() {
    // 創(chuàng)建任務1
    xTaskCreate(task1, "task1", 2048, NULL, 1, NULL);

    // 創(chuàng)建任務2
    xTaskCreate(task2, "task2", 2048, NULL, 1, NULL);
}

運行一下，輸出：

复制這是任務1
這是任務1
這是任務2
這是任務1
這是任務1
這是任務2
這是任務1
這是任務1
這是任務2
這是任務1
這是任務1
這是任務2
...

我們稍加修改，將任務 1 中的任務延時去掉，看看任務 1 會不獨占 CPU 資源：

复制#include < freertos/FreeRTOS.h >
#include < freertos/task.h >
#include < stdio.h >

// 任務1的函數(shù)
void task1(void *pvParameter) {
    while (1) {
    }
}

// 任務2的函數(shù)
void task2(void *pvParameter) {
    while (1) {
        printf("這是任務2n");
        vTaskDelay(2000 / portTICK_PERIOD_MS);  // 2秒的延遲
    }
}

void app_main() {
    // 創(chuàng)建任務1
    xTaskCreate(task1, "task1", 2048, NULL, 2, NULL);

    // 創(chuàng)建任務2
    xTaskCreate(task2, "task2", 2048, NULL, 1, NULL);
}

運行一下，輸出：

复制這是任務2
這是任務2
E (5509) task_wdt: Task watchdog got triggered. The following tasks/users did not reset the watchdog in time:
E (5509) task_wdt:  - IDLE (CPU 0)
E (5509) task_wdt: Tasks currently running:
E (5509) task_wdt: CPU 0: task1
E (5509) task_wdt: Print CPU 0 (current core) registers
Core  0 register dump:
MEPC    : 0x42007356  RA      : 0x40385920  SP      : 0x3fc90a50  GP      : 0x3fc8b000
0x42007356: task1 at C:/Users/Peter/Desktop/udp_server/main/udp_server.c:7 (discriminator 1)

0x40385920: vPortTaskWrapper at C:/Users/Peter/esp/esp-idf/components/freertos/FreeRTOS-Kernel/portable/riscv/port.c:205

TP      : 0x3fc88554  T0      : 0x00000000  T1      : 0x00000000  T2      : 0x00000000
S0/FP   : 0x00000000  S1      : 0x00000000  A0      : 0x00000000  A1      : 0x00000000
A2      : 0x00000000  A3      : 0x00000000  A4      : 0x00000000  A5      : 0x42007356
0x42007356: task1 at C:/Users/Peter/Desktop/udp_server/main/udp_server.c:7 (discriminator 1)

A6      : 0x00000000  A7      : 0x00000000  S2      : 0x00000000  S3      : 0x00000000
S4      : 0x00000000  S5      : 0x00000000  S6      : 0x00000000  S7      : 0x00000000
S8      : 0x00000000  S9      : 0x00000000  S10     : 0x00000000  S11     : 0x00000000
T3      : 0x00000000  T4      : 0x00000000  T5      : 0x00000000  T6      : 0x00000000
MSTATUS : 0x00000000  MTVEC   : 0x00000000  MCAUSE  : 0x00000000  MTVAL   : 0x00000000
MHARTID : 0x00000000
這是任務2
這是任務2
...

可以看到，相同優(yōu)先級的任務 2 依然可以正常運行，而任務 1 則觸發(fā)了看門狗。兩個任務按照時間片輪轉(zhuǎn)的方式共享 CPU 資源?？梢韵胍姡绻蝿?1 的優(yōu)先級比任務 2 高，那么任務 1 就會獨占 CPU 資源，任務 2 就無法運行了。