FreeRTOS的任务详解、创建与删除

news2024/11/18 17:32:24

目录

1、任务详解

1.1 什么是任务？

1.2 任务的特点

1.3 任务的状态

1.4 任务的优先级

1.5 任务的堆和栈

2、任务的创建与删除

2.1 相关API

2.2 函数解析

2.2.1 xTaxkCreate()

2.2.2 xTaskCreateStatic()

2.2.3 vTaskDelete()

3、实战案例

3.1 创建两个任务

3.2 配置LED引脚

3.3 相关代码

1、任务详解

1.1 什么是任务？

任务可以理解为进程/线程，创建一个任务，就会在内存开辟一个空间。

比如： 玩游戏、陪女朋友，都可以视为任务；Windows 系统中的 MarkText 、谷歌浏览器、记事本，都是任务。

在 FreeROTS 中，任务可以分配不同的优先级，并按照优先级进行调度。当一个任务没有工作可以做时，操作系统会将 CPU 时间分配给另一个优先级更高的任务，以确保系统的正常运行。

1.2 任务的特点

  1. 简单
  2. 没有使用限制
  3. 支持抢占
  4. 支持优先级
  5. 每个任务都拥有堆栈导致了 RAM 使用量增大
  6. 如果使用抢占的话的必须仔细的考虑重入的问题 

1.3 任务的状态

  • 运行态

        当一个任务正在运行时，那么就说这个任务处于运行态，处于运行态的任务就是当前正在使用处理器的任务。如果使用的是单核处理器的话那么不管在任何时刻永远都只有一个任务处于运行态。

  • 就绪态

        处于就绪态的任务是那些已经准备就绪(这些任务没有被阻塞或者挂起)，可以运行的任务，
但是处于就绪态的任务还没有运行，因为有一个同优先级或者更高优先级的任务正在运行！

  • 阻塞态

        如果一个任务当前正在等待某个9外部事件的话就说它处于阻塞态，比如说如果某个任务调
用了函数 vTaskDelay()的话就会进入阻塞态，直到延时周期完成。任务在等待队列、信号量、事
件组、通知或互斥信号量的时候也会进入阻塞态。任务进入阻塞态会有一个超时时间，当超过
这个超时时间任务就会退出阻塞态，即使所等待的事件还没有来临！

  • 挂起态

        像阻塞态一样，任务进入挂起态以后也不能被调度器调用进入运行态，但是进入挂起态的任务没有超时时间。任务进入和退出挂起态通过调用函数 vTaskSuspend()和 xTaskResume()。

任务状态之间的转换如图

1.4 任务的优先级

每个任务都可以分配一个从0~(configMAX_PRIORITIES-1) 的优先级， configMAX_PRIORITIES 在文件 FreeRTOSConfig.h 中有定义，一共设置了32个优先级。

注意：数字越大，优先级约高，0为最低优先级

1.5 任务的堆和栈

FreeRTOS 之所以能正确的恢复一个任务的运行就是因为有任务堆栈在保驾护航，任务调度器在进行任务切换的时候会将当前任务的现场(CPU 寄存器值等)保存在此任务的任务堆栈中，等到此任务下次运行的时候就会先用堆栈中保存的值来恢复现场，恢复现场以后任务就会接着从上次中断的地方开始运行。

创建任务的时候需要给任务指定堆栈，如果使用的函数 **xTaskCreate()**创建任务(动态方法)的话那么任务堆栈就会由函数 xTaskCreate()自动创建。如果使用函数 **xTaskCreateStatic()**创建任务(静态方法)的话就需要程序员自行定义任务堆栈，然后堆栈首地址作为函数的参数 puxStackBuffer 传递给函数，如下：

TaskHandle_t xTaskCreateStatic( TaskFunction_t pxTaskCode,
 								const char * const pcName,
 								const uint32_t ulStackDepth,
 								void * const pvParameters,
 								UBaseType_t uxPriority,
 								StackType_t * const puxStackBuffer, //在这里
 								StaticTask_t * const pxTaskBuffer )

2、任务的创建与删除

2.1 相关API

                                函数名称                                 函数作用
xTaskCreate()动态方式创建任务
xTaskCreateStatic()静态方式创建任务
vTaskDelete()删除任务

动态创建任务与静态创建任务的区别：动态创建任务的堆栈由系统分配，而静态创建任务的堆栈由用户自己传递（分配）。 通常情况下使用动态方式创建任务。

2.2 函数解析

2.2.1 xTaxkCreate()

此函数用来创建一个任务，任务需要 RAM 来保存与任务有关的状态信息(任务控制块)，任务也需要一定的 RAM 来作为任务堆栈。如果使用函数xTaskCreate()来创建任务的话那么这些所需的 RAM就会自动的从FreeRTOS的堆中分配，因此必须提供内存管理文件，默认我们使用heap_4.c 这个内存管理文件，而且宏 configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 必须为 1。

新创建的任务默认就是就绪态的，如果当前没有比它更高优先级的任务运行那么此任务就会立即进入运行态开始运行，不管在任务调度器启动前还是启动后，都可以创建任务。此函数也是我们以后经常用到的。

1. pxTaskCode：指向任务函数的指针，任务必须实现为永不返回（即连续循环）；

2. pcName：任务的名字，主要是用来调试，默认情况下最大长度是16；

3. pvParameters：指定的任务栈的大小；

4. uxPriority：任务优先级，数值越大，优先级越大；

5. pxCreatedTask：用于返回已创建任务的句柄可以被引用。

                        返回值                      描述                
pdPASS任务创建成功
errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY任务创建失败

官方案例：

/* Task to be created. */
void vTaskCode( void * pvParameters )
{
    /* The parameter value is expected to be 1 as 1 is passed in the
    pvParameters value in the call to xTaskCreate() below.
    configASSERT( ( ( uint32_t ) pvParameters ) == 1 );
    for( ;; )
    {
        /* Task code goes here. */
    }
}
/* Function that creates a task. */
void vOtherFunction( void )
{
    BaseType_t xReturned;
    TaskHandle_t xHandle = NULL;
    /* Create the task, storing the handle. */
    xReturned = xTaskCreate(
                    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. */
                    &xHandle ); /* Used to pass out the created task's handle. */
    if( xReturned == pdPASS )
    {
        /* The task was created. Use the task's handle to delete the task. */
        vTaskDelete( xHandle );
    }
}
2.2.2 xTaskCreateStatic()

使用此函数创建的任务所需的RAM需要用户来提供 。

如果要使用此函数的话需要将宏configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION定义为1。

	StackType_t StartTaskStack[START_STK_SIZE];			//任务堆栈
	
	xTaskCreateStatic((TaskFunction_t	)start_task,		//任务函数
					  (const char* 	)"start_task",		    //任务名称
					  (uint32_t 		)START_STK_SIZE,	//任务堆栈大小
					  (void* 		  	)NULL,				//传递给任务函数的参数
					  (UBaseType_t 	)START_TASK_PRIO, 	    //任务优先级
					  (StackType_t*   )StartTaskStack,	    //任务堆栈
					  (StaticTask_t*  )&StartTaskTCB);	    //任务控制块
	vTaskStartScheduler();          //开启任务调度

函数返回值就是任务句柄

2.2.3 vTaskDelete()
void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete);

只需将待删除的任务句柄传入该函数，即可将该任务删除。

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）。

任务被删除以后就不能再使用此任务的句柄：如果此任务是使用动态方法创建的，也就是使用函数 xTaskCreate()创建的，那么在此任务被删除以后，此任务之前申请的堆栈和控制块内存会在空闲任务中被释放掉，因此当调用函数 vTaskDelete()删除任务以后必须给空闲任务一定的运行时间。

用户分配给任务的内存需要用户自行释放掉：比如某个任务中用户调用函数 pvPortMalloc()分配了 500 字节的内存，那么在此任务被删除以后用户也必须调用函数 vPortFree()将这 500 字节的内存释放掉，否则会导致内存泄露。

3、实战案例

这里创建两个任务进行点灯，其中两个任务对应的点灯速率不同。

3.1 创建两个任务

这里直接讲述使用Cubemx创建任务的操作，关于FreeRTOS移植到STM32F103C8T6可查看上一篇文章FreeRTOS介绍-CSDN博客

点击Middleware找到FreeRTOS，点击Task and Queues

进行创建任务配置

配置任务1

配置任务2

3.2 配置LED引脚

查看板子原理图，得到LED的引脚编号

引脚配置

3.3 相关代码

打开freertos.c

//找到设置的任务函数名称，在其中的循环中进行代码改写
void StartTaskLED1(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);
    osDelay(500);
  }
}
 
void StartTaskLED2(void const * argument)
{
  for(;;)
  {
	HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9);
    osDelay(1000);
  }
}

最终LED1以500ms闪烁，LED2以1s闪烁。

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