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freeRTOS 任务的创建、挂起、恢复

news 来源：原创 2024/9/20 17:37:45

freeRTOS

FreeRTOS 是一个开源的实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统特别是微控制器设计。
它是轻量级的，提供了一个多任务环境，允许多个任务在单个处理器上并发运行。
主要特性：抢占式多任务、任务调度、可移植性，任务间通信，内存管理
虽然 FreeRTOS 使用了“任务”这一术语，但它们在功能和概念上类似于传统操作系统中的“线程”。这两个术语都表示了并行执行的基本单位，并且都涉及到优先级、堆栈管理、调度等关键概念。
在 FreeRTOS 中，任务的管理和调度是通过 FreeRTOS 提供的 API 实现的，而在传统操作系统中，线程的管理则是由操作系统的线程库或内核提供的。

常用函数解析

TaskHandle_t 创建任务句柄

TaskHandle_t 实际上是一个指向任务控制块（TCB）的指针，TCB 是 FreeRTOS 内部用于存储任务状态的数据结构。用法
保存任务句柄: 在调用 xTaskCreate 创建任务时，可以将任务句柄传递到一个 TaskHandle_t 变量中。这个句柄可以用来引用任务，以便后续对任务进行操作。// 定义任务句柄
TaskHandle_t taskFlushled;// 任务函数
void task_fun_flushled(void *args) {while (1) {// 切换 GPIO 状态HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_8);osDelay(1000);  // 延迟 1 秒}
}void setup() {// 创建任务并将句柄存储在 taskFlushled 中BaseType_t ret = xTaskCreate(task_fun_flushled,      // 任务函数"taskFlushled",         // 任务名称128,                    // 堆栈大小NULL,                   // 任务参数osPriorityNormal,       // 优先级&taskFlushled           // 任务句柄);// 检查任务创建是否成功if (ret == pdFALSE) {printf("任务创建失败\n");}
}

xTaskCreate() 任务创建函数

BaseType_t xTaskCreate(TaskFunction_t pvTaskCode,const char * const pcName,const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,void *pvParameters,UBaseType_t uxPriority,TaskHandle_t *pxCreatedTask);
参数TaskFunction_t pvTaskCode: 指向任务执行的函数，这个函数需要符合 void func(void *) 的形式。const char * const pcName: 任务的名字，用于调试。const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth: 任务的堆栈大小，以字为单位。void *pvParameters: 传递给任务的参数。UBaseType_t uxPriority: 任务的优先级，数值越大，优先级越高。TaskHandle_t *pxCreatedTask: 用于传出任务句柄的指针，可以用于后续的任务引用或删除等操作。即为任务本身返回值pdFALSE:表示任务创建失败
-------------------优先级--------------------------
typedef enum {osPriorityIdle          = -3,          ///< 优先级：空闲（最低优先级）osPriorityLow           = -2,          ///< 优先级：低osPriorityBelowNormal   = -1,          ///< 优先级：低于正常osPriorityNormal        =  0,          ///< 优先级：正常（默认优先级）osPriorityAboveNormal   = +1,          ///< 优先级：高于正常osPriorityHigh          = +2,          ///< 优先级：高osPriorityRealtime      = +3,          ///< 优先级：实时（最高优先级）osPriorityError         =  0x84        ///< 优先级：错误（系统无法确定优先级或线程具有非法优先级）
} osPriority;
-------------------------------------------------------------具体用法xTaskCreate(task_fun_printf,"taskPrintf",128,NULL,osPriorityNormal,&taskPrintHandle);
-----以下是具体执行函数----------
任务不是只执行一次所以有一个函数体
并且不能光是你一个人执行，故有osDelay函数void task_fun_printf(void *args)
{while(1){printf("%s-%d\r\n",__func__,__LINE__);osDelay(1000);}
}
----------以下是任务句柄，当然它应该放在最前面----------------
TaskHandle_t taskPrintHandle;

portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR() 禁用中断

这个宏在中断服务例程（ISR）中使用。
确保操作的原子性和数据的一致性。
防止中断处理过程中被其他中断打断。portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(): 设置中断掩码，禁用中断。
portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(): 恢复中断掩码，重新启用中断。用法int __io_putchar(int ch)
{UBaseType_t vxx;vxx = portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1);portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(vxx);return ch;
}

defaultTask 默认任务

defaultTask 在系统中扮演了多个角色，包括初始化系统、**保持**系统运行(占位)、优化任务调度、处理异常和调试开发。该任务由STM32CubeIDE自动创建，代码如下
// 定义 defaultTask
osThreadDef(defaultTask, StartDefaultTask, osPriorityNormal, 0, 128);
// 创建 defaultTask 任务
osThreadId defaultTaskHandle = osThreadCreate(osThread(defaultTask), NULL);
// 任务函数
void StartDefaultTask(void const * argument)
{// 执行系统初始化或其他必要操作for(;;){// 空循环，保持任务在运行状态osDelay(1);  // 延迟以允许其他任务执行}
}

osKernelStart() 启动内核调度器

osKernelStart() 是 FreeRTOS 中的一个函数，用于启动 RTOS 内核的调度器。
在调用 osKernelStart() 后，系统的控制权将转交给 RTOS 内核。通常，main() 函数中的 while (1) 循环会继续存在，但它不会执行任何操作，因为控制权已交给内核调度。

vTaskResume 恢复（激活）被挂起的任务

函数原型
void vTaskResume(TaskHandle_t xTaskToResume);它的作用是将任务从挂起状态重新设置为就绪状态，使得该任务可以被调度和执行。升级版
xTaskResumeFromISR()
允许在 ISR 中将任务的状态从挂起变为就绪，从而使任务能够在 ISR 处理完后尽快被调度执行。

vTaskSuspend 挂起任务

函数原型:void vTaskSuspend(TaskHandle_t xTaskToSuspend);用于将一个正在运行或就绪的任务挂起。挂起的任务将不会被调度或执行，直到它被恢复。升级版
vTaskSuspendFromISR

vTaskDelete 删除任务

函数原型:
void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete);
用于删除一个任务。调用这个函数会释放与任务相关的所有资源，并将任务从系统中移除。xTaskToDelete: 要删除的任务的句柄。如果句柄为 NULL，则当前正在运行的任务将被删除。如果要删除的任务不是当前任务，传入任务句柄即可。
注意,删除任务的时候要注意同步问题;一般是 自我删除;void task_test_fun(void *args){while(1){干活; if(干完了){break;}}vTaskDelete(NULL);  //删除自己}

疑问为什么删除osDelay后，其它函数也会执行

各个任务在 FreeRTOS 中是独立的，除非有显式的同步机制（如信号量、互斥量等），一个任务的执行状态不会直接影响其他任务。

osDelay和HAL_Delay的区别

osDelay

osDelay 是 FreeRTOS 提供的延迟函数
osDelay 会将当前任务挂起一段指定的时间，在这段时间内，调度器可以将 CPU 分配给其他任务执行。等延迟时间结束后，当前任务会被重新放入就绪队列，等待调度器再次调度。

HAL_Delay

HAL_Delay 是 STM32 HAL 库中的一个延迟函数。它的工作原理是利用 SysTick 定时器，通过轮询计数器来产生延迟。在调用 HAL_Delay() 时，程序会进入一个忙等待循环（也叫阻塞等待），直到指定的时间过去。这意味着在这段延迟时间内，微控制器不会执行其他任务，完全被阻塞住了。

在freeRTOS中禁止使用HAL_Delay

在多任务环境中使用 HAL_Delay 会阻塞整个系统，导致其他任务无法执行，系统无法实现真正的并发。

代码示例

1.RCC设置Crystal
2.USART1设置为异步通信
3.FREERTOS 的interface选择CMSIS_C1（简单但功能有限）
4.配置测试管脚，我用的是PC6，7,8作为LED灯管脚具体代码如下 功能:交替打印连续数
#include "main.h"  // 引入项目主头文件，包含系统配置和外设定义。
#include "cmsis_os.h"  // 引入CMSIS-RTOS API库，用于FreeRTOS的任务管理。UART_HandleTypeDef huart1;  // 声明一个UART句柄，用于管理USART1外设。
osThreadId defaultTaskHandle;  // 声明一个线程句柄，用于默认任务管理。void SystemClock_Config(void);  // 声明系统时钟配置函数。
static void MX_GPIO_Init(void);  // 声明GPIO初始化函数。
static void MX_USART1_UART_Init(void);  // 声明USART1初始化函数。
void StartDefaultTask(void const * argument);  // 声明默认任务的实现函数。int __io_putchar(int ch)  // 定义一个输出函数，用于重定向printf的输出到UART。
{UBaseType_t vxx;  // 声明一个变量，用于保存中断状态。vxx = portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();  // 禁止中断，确保原子性操作。HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 1);  // 通过UART发送单个字符。portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(vxx);  // 恢复中断。return ch;  // 返回发送的字符。
}int cnt = 0;  // 定义一个全局计数器变量。
TaskHandle_t taskOuHandle;  // 定义一个任务句柄，用于管理 "task_fun_ou" 任务。
TaskHandle_t taskJiHandle;  // 定义一个任务句柄，用于管理 "task_fun_ji" 任务。void task_fun_ou(void *args)  // 定义一个名为 "task_fun_ou" 的任务函数。
{int Acnt = 0;  // 定义局部计数变量。while (1)  // 无限循环，任务主循环。{printf(" %d \r\n", Acnt);  // 打印当前计数值。Acnt += 2;  // 每次循环计数器加2。vTaskResume(taskJiHandle);  // 恢复 "task_fun_ji" 任务。vTaskSuspend(taskOuHandle);  // 挂起当前任务（task_fun_ou）。}
}void task_fun_ji(void *args)  // 定义一个名为 "task_fun_ji" 的任务函数。
{vTaskSuspend(taskJiHandle);  // 首先挂起自己，等待 "task_fun_ou" 任务恢复。int Bcnt = 1;  // 定义局部计数变量。while (1)  // 无限循环，任务主循环。{printf(" %d \r\n", Bcnt);  // 打印当前计数值。Bcnt += 2;  // 每次循环计数器加2。vTaskResume(taskOuHandle);  // 恢复 "task_fun_ou" 任务。vTaskSuspend(taskJiHandle);  // 挂起当前任务（task_fun_ji）。osDelay(1000);  // 延时1秒（1000毫秒）。}
}int main(void)  // 主程序入口点。
{HAL_Init();  // 初始化硬件抽象层（HAL库），配置外设和中断。SystemClock_Config();  // 配置系统时钟。MX_GPIO_Init();  // 初始化GPIO引脚。MX_USART1_UART_Init();  // 初始化USART1外设。osThreadDef(defaultTask, StartDefaultTask, osPriorityNormal, 0, 128);  // 定义默认任务属性。defaultTaskHandle = osThreadCreate(osThread(defaultTask), NULL);  // 创建并启动默认任务。BaseType_t ret;  // 定义任务创建的返回值变量。ret = xTaskCreate(task_fun_ou, "taskPrintfOU", 128, NULL, osPriorityNormal, &taskOuHandle);  // 创建并启动 "task_fun_ou" 任务。if (ret == pdFALSE)  // 检查任务创建是否成功。{printf("xTaskCreate for print err\r\n");  // 打印错误信息。return -34;  // 返回错误代码。}ret = xTaskCreate(task_fun_ji, "taskPrintfODD", 128, NULL, osPriorityNormal, &taskJiHandle);  // 创建并启动 "task_fun_ji" 任务。if (ret == pdFALSE)  // 检查任务创建是否成功。{printf("xTaskCreate for flushled err\r\n");  // 打印错误信息。return -34;  // 返回错误代码。}osKernelStart();  // 启动FreeRTOS调度器，开始多任务运行。while (1)  // 主循环，实际上不会执行到这里，因为控制权交给了FreeRTOS调度器。{}
}