FreeRTOS基础知识

news2024/9/21 22:05:06

目录

1.任务调度器简介

1.1抢占式调度举例

1.2时间片调度举例

2.任务状态

3.总结


1.任务调度器简介

        调度器就是使用相关的调度算法来决定当前需要执行哪个任务。

        FreeRTOS一共支持以下三种任务调度方式:

FreeRTOS调度方式
抢占式调度主要是针对优先级不同的任务,每个任务都有一个优先级,优先级高的任务可以抢占优先级低的任务。(任务优先级数字越大,优先级越大)
时间片调度主要针对优先级相同的任务,当多个任务的优先级相同时, 任务调度器会在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务。
协程式调度

当前执行任务将会一直运行,同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务。

FreeRTOS现在虽然还支持,但是官方已经表示不再更新协程式调度

1.1抢占式调度举例

运行条件:

1、创建三个任务:Task1、Task2、Task3;

2、Task1、Task2、Task3的优先级分别为1、2、3;在FreeRTOS中任务优先级设置的数值越大,优先级越高,所以TASK3的优先级最高。

运行过程:

1、首先Task1在运行中,在这个过程中Task2就绪了,在抢占式调度器的作用下Task2会抢占Task1的运行;

2、Task2运行过程中,Task3就绪了,在抢占式调度器的作用下Task3会抢占Task2的运行;

3、Task3运行过程中,Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时就绪态中,优先级最高的任务Task2执行;

4、Task3阻塞解除了(延时到了或者接收到信号量),此时Task3恢复到就绪态中,抢占TasK2的运行。

总结:

1、高优先级任务,优先执行;

2、高优先级任务不停止,低优先级任务无法执行;

3、被抢占的任务将会进入就绪态。

1.2时间片调度举例

        同等优先级任务轮流地享有相同的 CPU 时间(可设置,设置中断周期), 叫时间片,在FreeRTOS中,一个时间片就等于SysTick 中断周期。相同优先级的任务只能轮流执行一个时间片。

 运行条件:

1、创建三个任务:Task1、Task2、Task3;

2、Task1、Task2、Task3的优先级均为1;即3个任务同等优先级。

运行过程:

1、首先Task1运行完一个时间片后,切换至Task2运行;

2、Task2运行完一个时间片后,切换至Task3运行;

3、Task3运行过程中(还不到一个时间片遇到阻塞,剩下的时间片不再执行Task3,直接运行Task1一个时间片,Task3被阻塞掉的时间片直接被丢掉),Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时直接切换到下一个任务Task1;

4、Task1运行完一个时间片后,切换至Task2运行。

总结:

1、同等优先级任务,轮流执行、时间片流转;

2、一个时间片大小,取决为滴答定时器中断周期;

3、注意没有用完的时间片不会再使用,下次任务Task3得到执行 还是按照一个时间片的时钟节拍运行。

2.任务状态

        FreeRTOS中任务共存在以下4种状态:

FreeRTOS任务状态
1、运行态正在执行的任务,该任务就处于运行态,注意在STM32中,同一时间仅一个任务处于运行态
2、就绪态如果该任务已经能够被执行,但当前还未被执行,那么该任务处于就绪态(正在执行的任务被挂起或阻塞,从就绪态中选取优先级较高的进行执行
3、阻塞态如果一个任务因延时或等待外部事件发生,那么这个任务就处于阻塞态(正在运行的任务因为延时可以进入阻塞态
4、挂起态类似暂停,调用函数 vTaskSuspend() 进入挂起态,需要调用解挂函数vTaskResume() 才可以进入就绪态

 四种任务状态之间的转换图:

         运行态是正在执行的任务,只有就绪态可以变为运行态;与运行态和阻塞态关系类似,运行态可以被挂起,但是挂起态不能直接恢复运行。想要运行任务,首先此任务必须处于就绪态。

总结:

1、仅就绪态可转变成运行态;

2、其他状态的任务想运行,必须先转变成就绪态;

        FreeRTOS中无非就四种状态,运行态,就绪态、阻塞态、挂起态。这四种状态中,除了运行态,其他三种任务状态的任务都有其对应的任务状态列表。

         就绪列表中,任务优先级数值如果使用软件的方式,数值是无限大的;使用硬件的方式,取值范围是0~31,代码中希望是硬件方式,比较高效。处于三种任务状态中的何种状态则挂载到何种列表。任务挂载到就绪列表中,任务才有可能进入运行态,其他列表中的任务只有挂载到就绪列表时才有可能被运行。

         初始化就绪列表时,列表中数值是0~31,新创建的任务会挂载到就绪列表中,从31依次向下检查将优先级最高的变成运行态;同一优先级可以挂载多个任务,每个任务执行一个时间片,时间片和SysTick中断周期有关。

如何知道就序列表当前优先级中存在挂载任务呢?

        每一优先级前面都有一标志位,如果当前优先级挂载了任务,标志位置1,否则为0。32位的变量,当某个位,置1时,代表所对应的优先级就绪列表有任务存在。

3.总结

本文的思维导图总结如下:

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