韦东山freeRTOS系列教程之【第三章】任务管理

需要获取更好阅读体验的同学，请访问我专门设立的站点查看，地址：http://rtos.100ask.net/

系列教程总目录

本教程连载中，篇章会比较多，为方便同学们阅读，点击这里可以查看文章的 目录列表，目录列表页面地址：https://blog.csdn.net/thisway_diy/article/details/121399484

概述

在本章中，会涉及如下内容：

• FreeRTOS如何给每个任务分配CPU时间
• 如何选择某个任务来运行
• 任务优先级如何起作用
• 任务有哪些状态
• 如何实现任务
• 如何使用任务参数
• 怎么修改任务优先级
• 怎么删除任务
• 怎么实现周期性的任务
• 如何使用空闲任务

3.1 基本概念

对于整个单片机程序，我们称之为application，应用程序。

使用FreeRTOS时，我们可以在application中创建多个任务(task)，有些文档把任务也称为线程(thread)。

以日常生活为例，比如这个母亲要同时做两件事：

• 喂饭：这是一个任务
• 回信息：这是另一个任务

这可以引入很多概念：

• 任务状态(State)：
  • 当前正在喂饭，它是running状态；另一个"回信息"的任务就是"not running"状态
  • "not running"状态还可以细分：
    • ready：就绪，随时可以运行
    • blocked：阻塞，卡住了，母亲在等待同事回信息
    • suspended：挂起，同事废话太多，不管他了
• 优先级(Priority)
  • 我工作生活兼顾：喂饭、回信息优先级一样，轮流做
  • 我忙里偷闲：还有空闲任务，休息一下
  • 厨房着火了，什么都别说了，先灭火：优先级更高
• 栈(Stack)
  • 喂小孩时，我要记得上一口喂了米饭，这口要喂青菜了
  • 回信息时，我要记得刚才聊的是啥
  • 做不同的任务，这些细节不一样
  • 对于人来说，当然是记在脑子里
  • 对于程序，是记在栈里
  • 每个任务有自己的栈
• 事件驱动
  • 孩子吃饭太慢：先休息一会，等他咽下去了、等他提醒我了，再喂下一口
• 协助式调度(Co-operative Scheduling)
  • 你在给同事回信息
    • 同事说：好了，你先去给小孩喂一口饭吧，你才能离开
    • 同事不放你走，即使孩子哭了你也不能走
  • 你好不容易可以给孩子喂饭了
    • 孩子说：好了，妈妈你去处理一下工作吧，你才能离开
    • 孩子不放你走，即使同事连发信息你也不能走

这涉及很多概念，后续章节详细分析。

3.2 任务创建与删除 3.2.1 什么是任务

在FreeRTOS中，任务就是一个函数，原型如下：

void ATaskFunction( void *pvParameters );

要注意的是：

• 这个函数不能返回
• 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
• 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
    • 任务A的局部变量放在任务A的栈里、任务B的局部变量放在任务B的栈里
    • 不同任务的局部变量，有自己的副本
  • 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
    • 要防止冲突(后续会讲)

下面是一个示例：

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 */
}

3.2.2 创建任务

创建任务时使用的函数如下：

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：

参数描述pvTaskCode函数指针，可以简单地认为任务就是一个C函数。它稍微特殊一点：永远不退出，或者退出时要调用"vTaskDelete(NULL)"pcName任务的名字，FreeRTOS内部不使用它，仅仅起调试作用。长度为：configMAX_TASK_NAME_LENusStackDepth每个任务都有自己的栈，这里指定栈大小。单位是word，比如传入100，表示栈大小为100 word，也就是400字节。最大值为uint16_t的最大值。怎么确定栈的大小，并不容易，很多时候是估计。精确的办法是看反汇编码。pvParameters调用pvTaskCode函数指针时用到：pvTaskCode(pvParameters)uxPriority优先级范围：0~(configMAX_PRIORITIES – 1)数值越小优先级越低，如果传入过大的值，xTaskCreate会把它调整为(configMAX_PRIORITIES – 1)pxCreatedTask用来保存xTaskCreate的输出结果：task handle。以后如果想操作这个任务，比如修改它的优先级，就需要这个handle。如果不想使用该handle，可以传入NULL。返回值成功：pdPASS；失败：errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY(失败原因只有内存不足)注意：文档里都说失败时返回值是pdFAIL，这不对。pdFAIL是0，errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY是-1。 3.2.3 示例1: 创建任务

代码为：FreeRTOS_01_create_task

使用2个函数分别创建2个任务。

任务1的代码：

void vTask1( void *pvParameters )
{
	const char *pcTaskName = "T1 run\r\n";
	volatile uint32_t ul; /* volatile用来避免被优化掉 */
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 打印任务1的信息 */
		printf( pcTaskName );
		
		/* 延迟一会(比较简单粗暴) */
		for( ul = 0; ul