FreeROTS 任务通知和实操 详解

news2025/2/23 7:15:50

目录

什么是任务通知？

任务通知值的更新方式

任务通知的优势和劣势

任务通知的优势

任务通知的劣势

任务通知相关 API 函数

1. 发送通知

2. 等待通知

任务通知实操

1. 模拟二值信号量

2. 模拟计数型信号量

3. 模拟事件标志组

4. 模拟消息邮箱

什么是任务通知？

FreeRTOS 从版本 V8.2.0 开始提供任务通知这个功能，每个任务都有一个 32 位的通知值。按照 FreeRTOS 官方的说法，使用消息通知比通过二进制信号量方式解除阻塞任务快 45%， 并且更加 省内存（无需创建队列）。

在大多数情况下，任务通知可以替代二值信号量、计数信号量、事件标志组，可以替代长度为 1 的队列（可以保存一个 32 位整数或指针值），并且任务通知速度更快、使用的RAM更少！

任务通知值的更新方式

FreeRTOS 提供以下几种方式发送通知给任务 ：

  • 发送消息给任务，如果有通知未读， 不覆盖通知值
  • 发送消息给任务，直接覆盖通知值
  • 发送消息给任务，设置通知值的一个或者多个位
  • 发送消息给任务，递增通知值

通过对以上方式的合理使用，可以在一定场合下替代原本的队列、信号量、事件标志组等。

任务通知的优势和劣势

任务通知的优势

  • 1. 使用任务通知向任务发送事件或数据，比使用队列、事件标志组或信号量快得多。
  • 2. 使用其他方法时都要先创建对应的结构体，使用任务通知时无需额外创建结构体。

任务通知的劣势

  • 1. 只有任务可以等待通知，中断服务函数中不可以，因为中断没有 TCB 。
  • 2. 通知只能一对一，因为通知必须指定任务。
  • 3. 等待通知的任务可以被阻塞， 但是发送消息的任务，任何情况下都不会被阻塞等待。
  • 4. 任务通知是通过更新任务通知值来发送数据的，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保 持一个数据。

任务通知相关 API 函数

1. 发送通知

                        函数                        描述
xTaskNotify()发送通知，带有通知值
xTaskNotifyAndQuery()发送通知，带有通知值并且保留接收任务的原通知值
xTaskNotifyGive()发送通知，不带通知值
xTaskNotifyFromISR()在中断中发送任务通知
xTaskNotifyAndQueryFromISR()在中断中发送任务通知
vTaskNotifyGiveFromISR()在中断中发送任务通知
BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify,
                        uint32_t ulValue,
                        eNotifyAction eAction );

参数：

xTaskToNotify：

  • 需要接收通知的任务句柄；

ulValue：

  • 用于更新接收任务通知值， 具体如何更新由形参 eAction 决定；

eAction：

  • 一个枚举，代表如何使用任务通知的值；
                枚举值                                描述
eNoAction发送通知，但不更新值（参数ulValue未使用）
eSetBits被通知任务的通知值按位或ulValue。（某些场景下可代替事 件组，效率更高）
eIncrement被通知任务的通知值增加1（参数ulValue未使用），相当于 xTaskNotifyGive
eSetValueWithOverwrite被通知任务的通知值设置为 ulValue。（某些场景下可代替 xQueueOverwrite ，效率更高）
eSetValueWithoutOverwrite

如果被通知的任务当前没有通知，则被通知的任务的通知值设为ulValue。

如果被通知任务没有取走上一个通知，又接收到了一个通 知，则这次通知值丢弃，在这种情况下视为调用失败并返回 pdFALSE

（某些场景下可代替 xQueueSend ，效率更高）

返回值：

  • 如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回 pdFALSE， 而其他情况均返回pdPASS。
BaseType_t xTaskNotifyAndQuery( TaskHandle_t xTaskToNotify,
                                uint32_t ulValue,
                                eNotifyAction eAction,
                                uint32_t *pulPreviousNotifyValue );

参数：

xTaskToNotify：

  • 需要接收通知的任务句柄；

ulValue：

  • 用于更新接收任务通知值， 具体如何更新 由形参 eAction 决定；

eAction：

  • 一个枚举，代表如何使用任务通知的值；

pulPreviousNotifyValue：

  • 对象任务的上一个任务通知值，如果为 NULL， 则不需要回传， 这个时候就等价于函数 xTaskNotify()。

返回值：

  • 如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回 pdFALSE， 而其他情况均返回pdPASS。
BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );

参数：

  • xTaskToNotify：接收通知的任务句柄， 并让其自身的任务通知值加 1。

返回值：

  • 总是返回 pdPASS。

2. 等待通知

等待通知API函数只能用在任务，不可应用于中断中！

                函数                                                描述
ulTaskNotifyTake()获取任务通知，可以设置在退出此函数的时候将任务通知值清零或者减 一。当任务通知用作二值信号量或者计数信号量的时候，使用此函数来 获取信号量。
xTaskNotifyWait()获取任务通知，比 ulTaskNotifyTake()更为复杂，可获取通知值和清除通知值的指定位
uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit,
                            TickType_t xTicksToWait );

参数：

xClearCountOnExit：

  • 指定在成功接收通知后，将通知值清零或减 1，
  • pdTRUE：把通知值清零（二值信号量）；pdFALSE：把通知值减一（计数型信号量）；

xTicksToWait：阻塞等待任务通知值的最大时间；

  • 超时时间，0 表示不超时，
  • portMAX_DELAY表示卡死等待

返回值：

  • 0：接收失败
  • 非0：接收成功，返回任务通知的通知值
BaseType_t xTaskNotifyWait( uint32_t ulBitsToClearOnEntry,
                            uint32_t ulBitsToClearOnExit,
                            uint32_t *pulNotificationValue,
                            TickType_t xTicksToWait );

参数：

ulBitsToClearOnEntry：

  • 函数执行前清零任务通知值那些位 。

ulBitsToClearOnExit：

  • 表示在函数退出前，清零任务通知值那些位，在清 0 前，接收到的任务通知值会先被保存到形参 *pulNotificationValue 中。

pulNotificationValue：

  • 用于保存接收到的任务通知值。 如果不需要使用，则设置为 NULL 即可  

xTicksToWait：等待消息通知的最大等待时间。

  • 超时时间，0 表示不超时，
  • portMAX_DELAY表示卡死等待

任务通知实操

首先得打开CubeMX，将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6，具体看我之前写过的文章

将FreeRTOS移植到STM32F103C8T6

1. 模拟二值信号量

（1）创建两个任务和设置按键引脚为输入

（2）设置两个按键分别发送和接收二值信号量

用到函数

  • xTaskNotifyGive()
  • ulTaskNotifyTake()
void StartTaskSend(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				xTaskNotifyGive(TaskReceiveHandle);
				printf("任务通知：模拟二值信号量发送成功\r\n");
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }
}

void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  uint32_t rev = 0;
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				rev = ulTaskNotifyTake(pdTRUE,portMAX_DELAY);
				if(rev != 0)
					printf("任务通知：模拟二值信号量接受成功\r\n");
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }
}

（3）打开串口助手，查看结果

2. 模拟计数型信号量

模拟计数型信号量跟模拟二值信号量基本相同：

将ulTaskNotifyTake()函数中第一个参数从pdTRUE改为pdFALSE

（1）代码示例：

用到函数

  • xTaskNotifyGive()
  • ulTaskNotifyTake()
void StartTaskSend(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				xTaskNotifyGive(TaskReceiveHandle);
				printf("任务通知：模拟计数型信号量发送成功\r\n");
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }
}

void StartTaskReceive(void const * argument)
{
	uint32_t rev = 0;
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				rev = ulTaskNotifyTake(pdFALSE,portMAX_DELAY);
				if(rev != 0)
					printf("任务通知：模拟计数型信号量接受成功，rev = %d\r\n",rev);
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }
}

（2）打开串口助手，查看结果

3. 模拟事件标志组

（1）代码示例：

用到函数

  • xTaskNotify()
  • xTaskNotifyWait()
void StartTaskSend(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				printf("将bit0位置1\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,0x01,eSetBits);
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				printf("将bit1位置1\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,0x02,eSetBits);
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }
}

void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  uint32_t notify_rev = 0, event_bit = 0;
  for(;;)
  {
		xTaskNotifyWait(0,0xFFFFFFFF,&notify_rev,portMAX_DELAY);
		if(notify_rev & 0x01)
		{
			event_bit |= 0x01;
		}
		if(notify_rev & 0x02)
		{
			event_bit |= 0x02;
		}
		if(event_bit == (0x01 | 0x02))
		{
			printf("任务通知模拟事件标志组接收成功\r\n");
			event_bit = 0;
		}
    osDelay(10);
  }
}

（2）打开串口助手，查看结果

4. 模拟消息邮箱

模拟邮箱大概就是向任务发送数据，但是与队列不同，任务邮箱发送消息受到了很多限制。

  • 只能发送一个32位的值。
  • 消息邮箱的值被保存为一个任务的通知值，而且只能保存一个任务的值，相当于队列长度为1

（1）代码示例：

用到函数

  • xTaskNotify()
  • xTaskNotifyWait()
void StartTaskSend(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				printf("按键1按下\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,1,eSetValueWithOverwrite);
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
		{
			osDelay(20);
			if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)
			{
				printf("按键2按下\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,2,eSetValueWithOverwrite);
			}
			while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
    osDelay(10);
  }
}

void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  uint32_t notify_rev = 0;
  for(;;)
  {
    xTaskNotifyWait(0,0xFFFFFFFF,&notify_rev,portMAX_DELAY);
    printf("接收到的通知值为:%d\r\n",notify_rev);
    osDelay(10);
  }
}

（2）打开串口助手，查看结果

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