FreeRTOS学习（十）：任务调度器挂起与恢复机制详解

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简介

在FreeRTOS中，任务挂起和恢复是重要的任务管理机制。通过使用vTaskSuspendAll()和xTaskResumeAll()这两个API函数，我们可以实现任务的挂起和恢复操作

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一、 任务挂起与恢复的API函数

1.1 任务挂起函数

vTaskSuspendAll();

这个函数用于挂起任务调度器。

1.2 任务恢复函数

xTaskResumeAll();

这个函数用于恢复任务调度器的运行。

二、重要特性

与临界区的区别

与临界区保护不同，任务挂起机制具有以下特点：

• 挂起调度器时不会关闭中断
• 更加灵活的任务管理方式
• 适用于需要临时暂停任务调度的场景

资源保护

• 任务挂起机制主要用于防止任务间的资源争夺
• 中断仍然可以正常响应，不影响系统的实时性
• 提供了一种轻量级的任务同步方式

三、任务切换实例

生活中的类比

想象你正在一家餐厅工作，需要同时处理多个任务：

• 任务1：接待顾客点餐
• 任务2：制作饮品
• 任务3：结算账单
  就像一个服务员需要在这些工作之间切换一样，FreeRTOS也需要在不同的任务之间进行切换

实际代码示例

共享资源场景

假设我们有一个简单的温度监控系统，包含两个任务：

• 温度采集任务
• 数据显示任务

// 定义共享资源
float currentTemperature = 0.0;

// 温度采集任务
void vTaskTemperatureSample(void *pvParameters)
{
    float tempValue;
    
    while(1)
    {
        // 读取温度传感器
        tempValue = ReadTemperatureSensor();  // 假设这是读取传感器的函数
        
        // 更新共享资源前挂起调度器
        vTaskSuspendAll();
        currentTemperature = tempValue;  // 更新全局温度变量
        xTaskResumeAll();  // 恢复调度器
        
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));  // 每秒采样一次
    }
}

// 显示任务
void vTaskDisplay(void *pvParameters)
{
    float tempToDisplay;
    
    while(1)
    {
        // 读取共享资源前挂起调度器
        vTaskSuspendAll();
        tempToDisplay = currentTemperature;  // 读取全局温度变量
        xTaskResumeAll();  // 恢复调度器
        
        // 显示温度值
        printf("Current Temperature: %.2f°C\n", tempToDisplay);
        
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));  // 每500ms更新一次显示
    }
}

// 主函数
int main(void)
{
    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskTemperatureSample, "TempSample", 1000, NULL, 2, NULL);
    xTaskCreate(vTaskDisplay, "Display", 1000, NULL, 1, NULL);
    
    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
    
    return 0;
}

为什么需要任务挂起？

数据一致性问题

如果不使用任务挂起机制，可能会出现以下问题：

假设正在执行这样的操作序列：

1. 温度采集任务正在更新currentTemperature
2. 还没更新完，任务切换发生
3. 显示任务读取了一个"更新到一半"的温度值
4. 导致显示错误的数据

使用任务挂起后

使用vTaskSuspendAll()和xTaskResumeAll()后：

1. 温度采集任务在更新温度时挂起调度器
2. 确保温度更新操作不会被打断
3. 显示任务在读取温度时也挂起调度器
4. 确保读取到的是完整的温度数据

运行效果

Current Temperature: 25.30°C
Current Temperature: 25.31°C
Current Temperature: 25.32°C

每次显示的温度值都是完整的、一致的数据。

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总结

FreeRTOS的任务挂起与恢复机制提供了一种灵活的任务管理方式，相比临界区保护更加轻量级，同时保持了中断响应能力。在需要防止任务切换但又不想完全关闭中断的场景下，可以很好的保证这个任务做完为止。