【嵌入式——FreeRTOS】任务
【嵌入式——FreeRTOS】任务
- 任务创建和删除
- 动态方式创建任务
- 静态方式创建任务
- 删除任务
- 任务切换
- 调度器
- 任务切换流程
- 任务挂起
- 任务恢复
- 相关API函数
任务创建和删除
动态方式创建任务
任务的任务控制块以及任务的栈空间所需的内存，均由freeRTOS从freeRTOS管理的堆中分配。此函数创建任务会立刻进入就绪态，由任务调度器调度运行。
任务的优先级，值越大，优先级越高。
函数
xTaskCreate();
//返回值为pdPASS，任务创建成功。
//返回值为errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY，任务创建失败BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode, //指向任务函数的指针const char * const pcName, //任务名字 最大长度configMAX_TASK_NAME_LEN(20)const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, //任务堆栈大小 字为单位void * const pvParameters, //传递给任务函数的参数UBaseType_t uxPriority, //任务优先级 范围 0 ~ configMAX_PRIORITIES(32)-1 TaskHandle_t * const pxCreatedTask ) //任务句柄，任务的任务控制块
示例
static void udpserver_sendto_client (void* argument){}static TaskHandle_t udpserver_tid;#define UDPSERVER_THREAD_NAME "task name"
#define UDPSERVER_THREAD_STKSZ (configMINIMAL_STACK_SIZE * 4)
#define UDPSERVER_THREAD_PRIO (tskIDLE_PRIORITY + 3)BaseType_t ret = xTaskCreate(udpserver_sendto_client, UDPSERVER_THREAD_NAME, UDPSERVER_THREAD_STKSZ,
NULL, UDPSERVER_THREAD_PRIO, &udpserver_tid);实现动态创建任务流程
- 将FreeRTOSConfig.h文件中的configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION宏配置为1；
- 定义函数入口参数；
- 编写任务函数。
动态创建任务内部实现
- 申请堆栈内存和任务控制块内存；
- TCB结构体成员赋值；（把前面申请的堆栈地址，赋值给控制块的堆栈成员）
- 初始化控制块中的成员
- 添加新任务到就绪列表。
静态方式创建任务
任务的任务控制块以及任务的栈空间所需的内存，需用户分配提供。
函数
xTaskCreateStatic();
//返回值为句柄或者其他值，任务创建成功。
//返回值为NULL，任务创建失败。TaskHandle_t xTaskCreateStatic( TaskFunction_t pxTaskCode, //指向任务函数的指针const char * const pcName, //任务名字 最大长度configMAX_TASK_NAME_LEN(20)const uint32_t ulStackDepth, //任务堆栈大小 字为单位void * const pvParameters, //传递给任务函数的参数UBaseType_t uxPriority, //任务优先级 范围 0 ~ configMAX_PRIORITIES(32)-1 StackType_t * const puxStackBuffer, //任务堆栈，一般为数组由用户分配StaticTask_t * const pxTaskBuffer ) //任务控制块指针，由用户分配PRIVILEGED_FUNCTION;
示例
#define STACK_SIZE 200//空闲任务配置
StaticTask_t idle_task_tcb;
StackType_t idle_task_stack[configMINIMAL_STACK_SIZE];//软件定时器任务配置
StaticTask_t time_task_tcb;
StackType_t time_task_stack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH];StaticTask_t xTaskBuffer;
StackType_t xStack[ STACK_SIZE ];//空闲任务内存分配
void vApplicationGetIdleTaskMemory( StaticTask_t ** ppxIdleTaskTCBBuffer,StackType_t ** ppxIdleTaskStackBuffer,uint32_t * pulIdleTaskStackSize )
{*ppxIdleTaskTCBBuffer = &idle_task_tcb;*ppxIdleTaskStackBuffer = idle_task_stack;*pulIdleTaskStackSize = configMINIMAL_STACK_SIZE;}//软件定时器内存分配
void vApplicationGetTimerTaskMemory( StaticTask_t ** ppxTimerTaskTCBBuffer,StackType_t ** ppxTimerTaskStackBuffer,uint32_t * pulTimerTaskStackSize )
{*ppxTimerTaskTCBBuffer = &time_task_tcb;*ppxTimerTaskStackBuffer = time_task_stack;pulTimerTaskStackSize = configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;}void vTaskCode( void * pvParameters ){}TaskHandle_t xHandle = xTaskCreateStatic(vTaskCode, // Function that implements the task."NAME", // Text name for the task.STACK_SIZE, // Stack size in words, not bytes.( void * ) 1, // Parameter passed into the task.tskIDLE_PRIORITY,// Priority at which the task is created.xStack, // Array to use as the task's stack.&xTaskBuffer ); // Variable to hold the task's data structure.
静态创建任务使用流程
-
将FreeRTOSConfig.h文件中的configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION宏配置为1；
-
定义空闲任务和定时器任务的任务堆栈即TCB；
-
实现两个接口函数
- vApplicationGetIdleTaskMemory()
- vApplicationGetTimerTaskMemory()；可选的
-
定义函数入口参数；
-
编写任务函数；
静态创建任务内部实现
- TCB结构体成员赋值；
- 添加新任务到就绪列表；
删除任务
用于删除已经被创建的任务。被删除的任务将从就绪态任务列表，阻塞态任务列表，挂起态任务列表和事件列表中移除。
函数
vTaskDelete();void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete )
//xTaskToDelete 待删除的任务句柄
注意
- 当传入的参数为NULL，则代表删除任务自身(当前正在运行的任务)。
- 空闲任务会负责释放被删除任务中由系统分配的内存，但是由用户在任务删除前申请的内存，则需要由用户在任务被删除前提前释放，否则将导致内存泄漏。
删除任务流程
- 将INCLUDE_vTaskDelete宏配置为1；
- 入口参数输入需要删除的任务句柄(NULL代表自身)；
删除任务内部实现过程
-
获取所要删除任务的控制块；
-
将被删除的任务移除所在列表；
-
判断所需删除的任务
- 删除任务自身，需先添加到等待删除列表，内存释放将在空闲任务进行。
- 删除其他任务，释放内存，任务数量–
-
更新下个任务的阻塞时间；
任务切换
调度器
实现任务间的切换。本质就是CPU寄存器的切换
//启动任务，开启调度
vTaskStartScheduler();
当由任务A切换到任务B时，主要分为两步
第一步：需暂停任务A的执行，并将此时任务A的寄存器保存到任务堆栈，这个过程叫做保存现场。
第二步：将任务B的各个寄存器值(被存于任务堆栈中)恢复到CPU寄存器中，这个过程叫做恢复现场。对任务A保存现场，对任务B恢复现场，这个过程被称为上下文切换。
任务切换流程
- 触发PendSV中断
- 当前的psp是正在运行的任务的栈指针，读取当前psp进程指针，存入r0
- 压栈(保存现场)
- 获取当前最高优先级任务的任务控制块
- 出栈(恢复现场)
- 更新切换后的任务的栈指针给psp
- bx r14指向新任务函数
PendSV中断如何触发
- 滴答定时器中断调用。
- 执行FreeRTOS提供的相关API函数，portYIELD();
任务挂起
挂起任务
函数
此函数用于挂起任务，使用时将FreeRTOSConfig.h文件中宏INCLUDE_vTaskSuspend配置为1。
无论优先级如何，被挂起的任务都将不再被执行，直到任务被恢复。
当传入参数为NULL，则代表挂起任务自身(当前正在运行的任务)。
void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend ) PRIVILEGED_FUNCTION;
//xTaskToSuspend 待挂起任务的句柄
任务恢复
恢复被挂起的任务
函数
此函数用于恢复任务，使用时将FreeRTOSConfig.h文件中宏INCLUDE_vTaskSuspend配置为1。
任务无论被挂起多少次，只需在任务中调用vTaskResume()恢复一次，就可以继续运行，且被恢复的任务会进入就绪状态。
在中断中恢复被挂起的任务。带有“FromISR”后缀是在终端函数中专用的API函数
void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume ) PRIVILEGED_FUNCTION;
//xTaskToResume 待恢复任务的任务句柄
此函数用于恢复任务，使用时将FreeRTOSConfig.h文件中宏INCLUDE_vTaskSuspend配置为1，宏INCLUDE_xTaskResumeFromISR配置为1。
被恢复的任务的优先级大于当前执行的任务的优先级，就会返回pdTRUE需要手动执行任务切换(portYIELD_FROM_ISR()函数)。
中断服务程序中要调用freeRTOS的API函数则中断优先级不能高于freeRTOS所管理的最高优先级(5~15)。
BaseType_t xTaskResumeFromISR( TaskHandle_t xTaskToResume ) PRIVILEGED_FUNCTION;
//xTaskToResume 待恢复任务的任务句柄
//返回值 pdTRUE 任务恢复后需要进行任务切换 pdFALSE任务恢复后不需要进行任务切换
相关API函数
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| uxTaskPriorityGet() | 获取任务优先级 |
| vTaskPrioritySet() | 设置任务优先级 |
| uxTaskGetNumberOfTasks() | 获取系统中任务的数量 |
| uxTaskGetSystemState() | 获取所有任务状态信息 |
| vTaskGetInfo() | 获取指定单个任务信息 |
| xTaskGetCurrentTaskHandle() | 获取当前任务的任何句柄 |
| xTaskGetHandle() | 根据任务名获取该任务的任何句柄 |
| uxTaskGetStackHighWaterMark() | 获取任务的任务栈历史剩余最小值 |
| eTaskGetState() | 获取任务状态 |
| vTaskList() | 以表格形式获取所有任务的信息 |
| vTaskGetRunTimeStats() | 获取任务的运行时间 |
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