FreeRTOS学习笔记（2）——任务管理

一、头文件

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

二、任务创建与启动

2.1 相关API说明

2.1.1 TaskHandle_t

任务句柄。例如，对xTaskCreate的调用返回。可用作参数到vTaskDelete以删除任务。

/**
 * task. h
 *
 * Type by which tasks are referenced.  For example, a call to xTaskCreate
 * returns (via a pointer parameter) an TaskHandle_t variable that can then
 * be used as a parameter to vTaskDelete to delete the task.
 *
 * \defgroup TaskHandle_t TaskHandle_t
 * \ingroup Tasks
 */
typedef void * TaskHandle_t;

2.1.2 xTaskCreate

使用动态内存的方法创建一个任务。

函数 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 )
参数 pxTaskCode：任务入口函数，即任务函数的名称，需要自定义并且实现

pcName：任务名字，字符串形式，任务名字最好与任务入口函数名字一致，方便调试

usStackDepth：任务堆栈大小，单位为字，在32位处理器（STM32），一个字等于4字节，如果传入512那么任务大小为512*4字节

pvParameters：任务入口函数形参，不用的时候配置为0或NULL即可

uxPriority：任务的优先级，在 FreeRTOS 中，数值越大优先级越高，0 代表最低优先级

pxCreatedTask：用于回传一个句柄（ID），创建任务后可以使用这个句柄引用任务
返回值 pdPASS：任务创建成功

errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY：由于内存堆空间不足，FreeRTOS 无法分配足够的空间来保存任务结构数据和任务栈，因此无法创建任务

2.1.3 vTaskDelete

删除自己或其它任务。任务被删除后就不复存在，也不会再进入运行态。

函数 void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete )
参数 xTaskToDelete：被删除任务的句柄(目标任务)。如果是删除自身， 则形参为 NULL
返回值 无

要想使用该函数必须在 FreeRTOSConfig.h 中把 INCLUDE_vTaskDelete 定义为 1 来使能。

2.1.4 vTaskStartScheduler

在创建完任务的时候，我们需要开启调度器，因为创建仅仅是把任务添加到系统中，还没真正调度，并且空闲任务也没实现，定时器任务也没实现，这些都是在开启调度函数 vTaskStartScheduler() 中实现的。为什么要空闲任务？因为 FreeRTOS 一旦启动，就必须要保证系统中每时每刻都有一个任务处于运行态（Runing），并且空闲任务不可以被挂起与删除，空闲任务的优先级是最低的，以便系统中其他任务能随时抢占空闲任务的 CPU 使用权。

函数 void vTaskStartScheduler( void )
参数 无
返回值 无

2.2 示例

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h"

/****************** 任务句柄 ******************/
/* 
 * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
 * 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
 * 这个句柄可以为NULL。
 */
 /* 创建任务句柄 */
static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;
/* LED1 任务句柄 */ 
static TaskHandle_t LED1_Task_Handle = NULL; 
/* LED2 任务句柄 */ 
static TaskHandle_t LED2_Task_Handle = NULL;

/*
*************************************************************************
* 函数声明
*************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */
 
static void LED1_Task(void* pvParameters);/* LED1_Task 任务实现 */ 
static void LED2_Task(void* pvParameters);/* LED2_Task 任务实现 */

/*****************************************************************
* @brief 主函数
* @param 无
* @retval 无
* @note 第一步：开发板硬件初始化
        第二步：创建 APP 应用任务
        第三步：启动 FreeRTOS，开始多任务调度
****************************************************************/
int main(void)
{
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为 pdPASS */

    /* 开发板硬件初始化 */
    BSP_Init();
    /* 创建 AppTaskCreate 任务 */
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )AppTaskCreate, /* 任务入口函数 */
                            (const char* )"AppTaskCreate",/* 任务名字 */
                            (uint16_t )512, /* 任务栈大小 */
                            (void* )NULL,/* 任务入口函数参数 */
                            (UBaseType_t )1, /* 任务的优先级 */
                            (TaskHandle_t* )&AppTaskCreate_Handle);/* 任务控制块指针 */
    /* 启动任务调度 */
    if (pdPASS == xReturn)
    {
        vTaskStartScheduler(); /* 启动任务，开启调度 */
    }
    else
    {
        return -1;
    }

    while (1); /* 正常不会执行到这里 */
}

/***********************************************************************
* @ 函数名 ： AppTaskCreate
* @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面
* @ 参数 ： 无
* @ 返回值 ： 无
**********************************************************************/
static void AppTaskCreate(void)
{
    BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为 pdPASS */

    taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区

    /* 创建 LED_Task 任务 */ 
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED1_Task, /* 任务入口函数 */ 
                            (const char* )"LED1_Task",/* 任务名字 */ 
                            (uint16_t )512, /* 任务栈大小 */ 
                            (void* )NULL, /* 任务入口函数参数 */ 
                            (UBaseType_t )2, /* 任务的优先级 */ 
                            (TaskHandle_t* )&LED1_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */ 
    if (pdPASS == xReturn) 
    {
        printf("创建 LED1_Task 任务成功!\r\n"); 
    }

    /* 创建 LED_Task 任务 */ 
    xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED2_Task, /* 任务入口函数 */ 
                            (const char* )"LED2_Task",/* 任务名字 */ 
                            (uint16_t )512, /* 任务栈大小 */ 
                            (void* )NULL, /* 任务入口函数参数 */ 
                            (UBaseType_t )3, /* 任务的优先级 */ 
                            (TaskHandle_t* )&LED2_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */ 
    if (pdPASS == xReturn) 
    {
        printf("创建 LED2_Task 任务成功!\r\n"); 
    }

    vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除 AppTaskCreate 任务

    taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}

/**********************************************************************
* @ 函数名 ： LED1_Task
* @ 功能说明： LED1_Task 任务主体
* @ 参数 ：
* @ 返回值 ： 无
********************************************************************/
static void LED1_Task(void* parameter) 
{ 
    while (1) 
    { 
        LED1_ON; 
        vTaskDelay(500); /* 延时 500 个 tick */ 
        printf("led1_task running,LED1_ON\r\n"); 

        LED1_OFF; 
        vTaskDelay(500); /* 延时 500 个 tick */ 
        printf("led1_task running,LED1_OFF\r\n"); 
    } 
} 

/**********************************************************************
* @ 函数名 ： LED2_Task
* @ 功能说明： LED2_Task 任务主体
* @ 参数 ：
* @ 返回值 ： 无
********************************************************************/
static void LED2_Task(void* parameter) 
{ 
    while (1) 
    { 
        LED2_ON; 
        vTaskDelay(1000); /* 延时 1000 个 tick */ 
        printf("led1_task running,LED2_ON\r\n"); 
 
        LED2_OFF; 
        vTaskDelay(1000); /* 延时 1000 个 tick */ 
        printf("led1_task running,LED2_OFF\r\n"); 
    } 
}

/***********************************************************************
* @ 函数名 ： BSP_Init
* @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
* @ 参数 ：
* @ 返回值 ： 无
*********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{
    /*
    * STM32 中断优先级分组为 4，即 4bit 都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
    * 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
    * 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
    */
    NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );

    /* LED 初始化 */
    LED_GPIO_Config();

    /* 串口初始化*/
    USART_Config();
}

三、任务延时

3.1 相关API说明

3.1.1 vTaskDelay

相对延时函数。用于阻塞延时，调用该函数后，任务将进入阻塞状态，进入阻塞态的任务将让出 CPU 资源

函数 void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
参数 xTicksToDelay：单位为系统节拍周期， 比如系统的时钟节拍周期为 1ms，那么调用 vTaskDelay(1) 的延时时间则为 1ms
返回值 无

要想使用该函数必须在 FreeRTOSConfig.h 中把 INCLUDE_vTaskDelay 定义为 1 来使能。

3.1.2 vTaskDelayUntil

绝对延时函数。常用于较精确的周期运行任务，比如我有一个任务，希望它以固定频率定期执行，而不受外部的影响，任务从上一次运行开始到下一次运行开始的时间间隔是绝对的，而不是相对的

函数 void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime, const TickType_t xTimeIncrement )
参数 pxPreviousWakeTime：任务上一次离开阻塞态(被唤醒)的时刻。这个时刻被用作一个参考点来计算该任务下一次离开阻塞态的时刻

xTimeIncrement：用于实现某个任务以固定频率周期性执行 —— 这个频率就是由 xTimeIncrement 指定的。单位是心跳周期，可以使用常量 portTICK_RATE_MS 将毫秒转换为心跳周期
返回值 无

要想使用该函数必须在 FreeRTOSConfig.h 中把 INCLUDE_vTaskDelayUntil 定义为 1 来使能。

3.2 示例

3.2.1 相对延时

void vTaskA( void * pvParameters )
{
    while (1) 
    {
        // ...
        // 这里为任务主体代码
        // ...

        /* 调用相对延时函数,阻塞 1000 个 tick */ 
        vTaskDelay( 1000 ); 
    }
}

3.2.2 绝对延时

注意：在使用的时候要将延时时间转化为系统节拍，在任务主体之前要调用延时函数。

void vTaskA( void * pvParameters ) 
{
    /* 用于保存上次时间。调用后系统自动更新 */ 
    static portTickType PreviousWakeTime; 
    /* 设置延时时间，将时间转为节拍数 */ 
    const portTickType TimeIncrement = pdMS_TO_TICKS(1000); 

    /* 获取当前系统时间 */ 
    PreviousWakeTime = xTaskGetTickCount(); 

    while (1)
    {
        /* 调用绝对延时函数,任务时间间隔为 1000 个 tick */ 
        vTaskDelayUntil( &PreviousWakeTime，TimeIncrement ); 
 
        // ...
        // 这里为任务主体代码 
        // ...
 
    }
}

四、任务挂起与恢复

4.1 相关API说明

4.1.1 vTaskSuspend

挂起指定任务。被挂起的任务绝不会得到 CPU 的使用权，不管该任务具有什么优先级。

函数 void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend )
参数 xTaskToSuspend：挂起指定任务的任务句柄，任务必须为已创建的任务，可以通过传递 NULL 来挂起任务自己
返回值 无

要想使用该函数必须在 FreeRTOSConfig.h 中把 INCLUDE_vTaskSuspend 定义为 1 来使能。

4.1.2 vTaskSuspendAll

将所有的任务都挂起。

函数 void vTaskSuspendAll( void )
参数 无
返回值 无

4.1.3 vTaskResume

让挂起的任务重新进入就绪状态，恢复的任务会保留挂起前的状态信息，在恢复的时候根据挂起时的状态继续运行。如果被恢复任务在所有就绪态任务中，处于最高优先级列表的第一位，那么系统将进行任务上下文的切换。

函数 void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )
参数 xTaskToResume：恢复指定任务的任务句柄
返回值 无

4.1.4 xTaskResumeFromISR

xTaskResumeFromISR() 与 vTaskResume() 一样都是用于恢复被挂起的任务，不一样的是 xTaskResumeFromISR() 专门用在中断服务程序中 。

函数 void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )
参数 xTaskToResume：恢复指定任务的任务句柄
返回值 无

要想使用该函数必须在 FreeRTOSConfig.h 中把 INCLUDE_vTaskSuspend 和 INCLUDE_vTaskResumeFromISR 定义为 1 来使能。

4.1.5 xTaskResumeAll

将所有的任务都恢复。

函数 void xTaskResumeAll( void )
参数 无
返回值 无

4.2 示例

4.2.1 挂起

/**************************** 任务句柄 ********************************/
/*
* 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
* 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
* 这个句柄可以为 NULL。
*/
static TaskHandle_t LED_Task_Handle = NULL;/* LED 任务句柄 */ 

static void KEY_Task(void* parameter)
{
    while (1) 
    {
        if ( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_GPIO_PIN) == KEY_ON ) 
        {
            /* K1 被按下 */
            printf("挂起 LED 任务！\n");
            vTaskSuspend(LED_Task_Handle);/* 挂起 LED 任务 */ 
        }
        vTaskDelay(20);/* 延时 20 个 tick */
    }
}

4.2.2 恢复

/**************************** 任务句柄 ********************************/
/*
* 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄
* 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么
* 这个句柄可以为 NULL。
*/
static TaskHandle_t LED_Task_Handle = NULL;/* LED 任务句柄 */ 

static void KEY_Task(void* parameter)
{
    while (1) 
    {
        if ( Key_Scan(KEY2_GPIO_PORT,KEY2_GPIO_PIN) == KEY_ON ) 
        {
            /* K2 被按下 */
            printf("恢复 LED 任务！\n");
            vTaskResume(LED_Task_Handle);/* 恢复 LED 任务！ */ 
        }
        vTaskDelay(20);/* 延时 20 个 tick */
    }
}

4.2.3 中断服务中恢复

使用 xTaskResumeFromISR()的时候有几个需要注意的地方：

  1. 当函数的返回值为 pdTRUE 时：恢复运行的任务的优先级等于或高于正在运行的任务，表明在中断服务函数退出后必 须进行一次上下文切换 ， 使用 portYIELD_FROM_ISR() 进行上下文切换。当函数的返回值为 pdFALSE 时：恢复运行的任务的优先级低于当前正在运行的任务，表明在中断服务函数退出后不需 要进行上下文切换。
  2. xTaskResumeFromISR() 通常被认为是一个危险的函数，因为它的调用并非是固定的，中断可能随时来来临。所以 xTaskResumeFromISR()不能用于任务和中断间的同步，如果中断恰巧在任务被挂起之前到达，这就会导致一次中断丢失（任务还没有挂起，调用 xTaskResumeFromISR()函数是没有意义的，只能等下一次中断）。这种情况下，可以使用信号量或者任务通知来同步就可以避免这种情况。
void vAnExampleISR( void )
{
    BaseType_t xYieldRequired;

    /* 恢复被挂起的任务 */ 
    xYieldRequired = xTaskResumeFromISR( xHandle ); 

    if ( xYieldRequired == pdTRUE ) 
    { 
        /* 执行上下文切换， ISR 返回的时候将运行另外一个任务 */ 
        portYIELD_FROM_ISR(); 
    } 
}

4.2.4 全部恢复

xTaskResumeAll 函数的使用方法很简单，但是要注意，调用了多少次 vTaskSuspendAll() 函数就必须同样调用多少次 xTaskResumeAll() 函数。

void vDemoFunction( void )
{
    vTaskSuspendAll();
    /* 处理 xxx 代码 */
    vTaskSuspendAll();
    /* 处理 xxx 代码 */
    vTaskSuspendAll();
    /* 处理 xxx 代码 */
 
    xTaskResumeAll(); 
    xTaskResumeAll(); 
    xTaskResumeAll(); 
}

五、获取任务状态

5.1 相关API说明

5.1.1 eTaskGetState

获取任务当前状态。

函数 eTaskState eTaskGetState( TaskHandle_t xTask )
参数 xTask：任务句柄
返回值 以下值 
/* Task states returned by eTaskGetState. */
typedef enum
{
    eRunning = 0,     /* A task is querying the state of itself, so must be running. */
    eReady,           /* The task being queried is in a read or pending ready list. */
    eBlocked,         /* The task being queried is in the Blocked state. */
    eSuspended,       /* The task being queried is in the Suspended state, or is in the Blocked state with an infinite time out. */
    eDeleted,         /* The task being queried has been deleted, but its TCB has not yet been freed. */
    eInvalid          /* Used as an 'invalid state' value. */
} eTaskState;

• 由 Leung 写于 2020 年 10 月 30 日

• 参考：野火FreeRTOS视频与PDF教程

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