FreeRTOS入门教程（任务优先级，Tick）

news2024/11/25 11:23:52

文章目录

前言
一、什么是任务优先级
二、FreeRTOS如何分辨出优先级最高可运行的任务
三、FreeRTOS中的时钟节拍Tick
四、什么是时间片
五、相同优先级任务怎么进行切换
六、任务优先级实验
七、修改任务优先级
总结

前言

本篇文章将带大家学习FreeRTOS中的任务优先级，并且了解什么是任务优先级，

一、什么是任务优先级

在FreeRTOS中，任务优先级用于确定任务的执行顺序和调度顺序。任务优先级越高，任务被调度执行的频率越高。FreeRTOS支持使用整数值来表示任务优先级，整数值越高，优先级越高。

FreeRTOS中任务优先级的范围通常是从0到configMAX_PRIORITIES-1，其中configMAX_PRIORITIES是一个配置常量，表示系统中支持的最大任务优先级数量。

在FreeRTOSconfig.h中可以查看到任务优先级的配置宏：
在这里插入图片描述

二、FreeRTOS如何分辨出优先级最高可运行的任务

1.通用方法：

使用C函数实现，对所有的架构都是同样的代码。对configMAX_PRIORITIES的取值没有限制。但
是configMAX_PRIORITIES的取值还是尽量小，因为取值越大越浪费内存，也浪费时间。
configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION被定义为0、或者未定义时，使用此方法。

2.架构相关的优化的方法：

架构相关的汇编指令，可以从一个32位的数里快速地找出为1的最高位。使用这些指令，可以快速
找出优先级最高的、可以运行的任务。
使用这种方法时，configMAX_PRIORITIES的取值不能超过32。
configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION被定义为1时，使用此方法

三、FreeRTOS中的时钟节拍Tick

FreeRTOS中的时钟节拍（Tick）是一个基本的时间单位，用于管理任务调度和时间相关功能。时钟节拍的概念在实时操作系统中非常重要，因为它提供了时间的基本度量单位，允许任务和定时器按照预定的时间间隔执行。

以下是有关FreeRTOS中时钟节拍的重要信息：

1.时钟节拍的单位：时钟节拍是一个抽象的时间单位，通常表示为一个整数值。它可以映射到实际时间，但时钟节拍的精度和长度是可配置的。在大多数情况下，时钟节拍是以毫秒为单位的，但它可以配置为更短或更长的时间间隔，具体取决于应用程序的需求。

2.时钟节拍计数器：FreeRTOS维护一个时钟节拍计数器，用于跟踪已经过去的时钟节拍数。这个计数器通常是一个32位的值，可以支持大范围的时间跟踪。

3.任务调度：任务的调度和切换通常发生在时钟节拍的倍数上。当时钟节拍计数器达到任务的时间间隔（通常称为任务的延迟或周期）时，任务可能会被置于就绪状态，以便在下一个任务切换点执行。

4.定时器：时钟节拍也用于定时器功能。通过设置定时器的周期为时钟节拍的倍数，可以实现定时任务和事件的触发。

5.配置和定制：FreeRTOS允许用户配置时钟节拍的频率和精度，以适应特定应用的需求。这可以通过修改FreeRTOS配置文件中的参数来完成。例如，可以配置时钟节拍为1毫秒，10毫秒，甚至更短的时间间隔，以满足实时性要求。

6.时钟节拍在FreeRTOS中扮演了关键的角色，它不仅用于任务调度，还用于实现定时等待、超时操作和时间相关的功能。

FreeRTOS中的Tick值通常被配置为1ms：

在这里插入图片描述

四、什么是时间片

时间片（Time slice）是操作系统调度算法中的概念，用于分配处理器时间给多个可运行的任务。它是指操作系统将处理器的执行时间划分为固定长度的小段，每个任务在一个时间片内获得处理器的执行时间。

五、相同优先级任务怎么进行切换

在FreeRTOS默认采用了时间片轮转调度的策略，给每一个任务都分配一个固定的时间片，这个时间片的大小也就是1ms，可以通过修改configTICK_RATE_HZ这个宏来修改时间片的大小。

时间片大小（毫秒） = 1秒 / configTICK_RATE_HZ

在这里插入图片描述

Task1执行完一个时间片后会发生一次tick中断，然后进入tick中断处理函数中，在tick中断中选择要执行的下一个中断，当执行完tick中断后就切换Task2执行。

六、任务优先级实验

// 任务句柄
TaskHandle_t Task1Handle;
TaskHandle_t Task2Handle;

// 任务函数
void Task1(void* pvParameters) {
  while (1) {
    vTaskDelay(1000);
    printf("Task1 is running\n");
  }
}

void Task2(void* pvParameters) {
  while (1) {
    vTaskDelay(1000);
    printf("Task2 is running\n");
  }
}

int main(void) {
  // 创建两个任务
  xTaskCreate(Task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, &Task1Handle);
  xTaskCreate(Task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &Task2Handle);

  // 启动调度器
  vTaskStartScheduler();

  while (1) {
    // 主循环为空，所有的任务由 FreeRTOS 调度
  }
}

因为任务2的优先级比任务1的优先级高所以会先打印Task2 is running，然后再打印Task1 is running，以此往复。

七、修改任务优先级

uxTaskPriorityGet() 和 vTaskPrioritySet() 是FreeRTOS中用于获取和设置任务优先级的函数。

uxTaskPriorityGet() 函数用于获取任务的当前优先级。它接受一个参数，即任务句柄，返回一个 UBaseType_t 类型的值，表示任务的当前优先级。

vTaskPrioritySet() 函数用于设置任务的优先级。它接受两个参数，第一个参数是要设置优先级的任务句柄，第二个参数是要设置的优先级值。这个函数没有返回值。

以下是一个使用 uxTaskPriorityGet() 和 vTaskPrioritySet() 函数的示例代码：

TaskHandle_t Task1Handle;
TaskHandle_t Task2Handle;

void Task1(void* pvParameters) {
  while (1) {
    // 获取任务优先级
    UBaseType_t priority = uxTaskPriorityGet(NULL);
    printf("Task1 priority: %u\n", priority);

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
  }
}

void Task2(void* pvParameters) {
  while (1) {
    // 获取任务优先级
    UBaseType_t priority = uxTaskPriorityGet(NULL);
    printf("Task2 priority: %u\n", priority);

    // 设置任务优先级
    vTaskPrioritySet(Task1Handle, 2);

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(5000));

    // 恢复任务优先级
    vTaskPrioritySet(Task1Handle, 1);
  }
}

int main(void) {
  xTaskCreate(Task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, &Task1Handle);
  xTaskCreate(Task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 2, &Task2Handle);

  vTaskStartScheduler();

  while (1) {
    // 主循环为空，所有的任务由 FreeRTOS 调度
  }