freertos学习笔记二之任务管理

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1,freertos任务管理

是让初学者从裸机的，单任务编程过渡到带 OS 的，多任务编程上来，搞清楚了这一点，那么 FreeRTOS 学习就算入门了。

1.1单任务系统

前后台系统：循环是后台，中断是前台。

1.1.1查询方式

1.1.2中断方式

优缺点：

必须在中断(ISR)内处理时间关键运算：
- ISR 函数变得非常复杂，并且需要很长执行时间。
- ISR 嵌套可能产生不可预测的执行时间和堆栈需求。
超级循环和 ISR 之间的数据交换是通过全局共享变量进行的：
- 应用程序的程序员必须确保数据一致性。
超级循环可以与系统计时器轻松同步，但：
- 如果系统需要多种不同的周期时间，则会很难实现。
- 超过超级循环周期的耗时函数需要做拆分。
- 增加软件开销，应用程序难以理解。
超级循环使得应用程序变得非常复杂，因此难以扩展：
- 一个简单的更改就可能产生不可预测的副作用，对这种副作用进行分析非常耗时。
- 超级循环概念的这些缺点可以通过使用实时操作系统 (RTOS) 来解决。

1.2多任务系统

FreeRTOS 就是一款支持多任务运行的实时操作系统，具有时间片，抢占式和合作式三种调度方法。

1.3 freertos 任务栈设置

任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节

任务栈空间是在任务创建的时候从 FreeRTOSConfig.h 文件中定义的 heap 空间中申请的

#define configTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )

xTaskCreate( vTaskTaskUserIF, /* 任务函数 */
 "vTaskUserIF", /* 任务名 */
 512, /* 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节 */
 NULL, /* 任务参数 */
 1, /* 任务优先级*/
 &xHandleTaskUserIF ); /* 任务句柄 */

1.4freertos系统栈设置

1，由于 Cortex-M3 和 M4 内核具有双堆栈指针，MSP 主堆栈指针和 PSP 进程堆栈指针，或者叫 PSP 任务堆栈指针也是可以的。在 FreeRTOS 操作系统中，主堆栈指针 MSP 是给系统栈空间使用的，进程堆栈指针 PSP 是给任务栈使用的。也就是说，在 FreeRTOS 任务中，所有栈空间的使用都是通过 PSP 指针进行指向的。一旦进入了中断函数以及可能发生的中断嵌套都是用的 MSP 指针。这个知识点要记住它，当前可以不知道这是为什么，但是一定要记住。
2，实际应用中系统栈空间分配多大，主要是看可能发生的中断嵌套层数

综上，普通是任务栈，中断是系统栈。

1.5freertos任务状态

FreeRTOS 的运行支持以下四种状态：

Running—运行态
- 当任务处于实际运行状态被称之为运行态，即 CPU 的使用权被这个任务占用。
Ready—就绪态
- 处于就绪态的任务是指那些能够运行（没有被阻塞和挂起），但是当前没有运行的任务。
Blocked—阻塞态
- 由于等待信号量，消息队列，事件标志组等而处于的状态被称之为阻塞态
Suspended—挂起态
- 类似阻塞态，通过调用函数 vTaskSuspend()对指定任务进行挂起，可用xTaskResume()恢复

1.6freertos启动

启动 FreeRTOS：vTaskStartScheduler();

1.7FreeRTOS 的任务创建

FreeRTOS 的任务创建：xTaskCreate()

函数原型：
BaseType_t xTaskCreate( 
 TaskFunction_t pvTaskCode, /* 任务函数 */
 const char * const pcName, /* 任务名 */
 unsigned short usStackDepth, /* 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节 */
 void *pvParameters, /* 任务参数 */
 UBaseType_t uxPriority, /* 任务优先级 */
 TaskHandle_t *pvCreatedTask /* 任务句柄 */
 );
 
第 1 个参数填创建任务的函数名。
第 2 个参数是任务名，这个参数主要是用于调试目的，调试的时候方便看是哪个任务。
第 3 个参数是任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节。 
第 4 个参数是创建的任务函数的形参。
第 5 个参数是任务的优先级
第 6 个参数是任务句柄，用于区分不同的任务。

1.8FreeRTOS 的任务删除

FreeRTOS 的任务删除：vTaskDelete()

/* 任务句柄 */
static TaskHandle_t xHandleTaskStart = NULL;

static void AppTaskDelete (void)
{
xTaskCreate( vTaskStart,        /* 任务函数 */
            "vTaskStart",       /* 任务名 */
            512,                /* 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节 */
            NULL,               /* 任务参数 */
            4,                  /* 任务优先级*/
            &xHandleTaskStart ); /* 任务句柄 */
/* 删除此任务 */
if(xHandleTaskStart!= NULL)
{
vTaskDelete(xHandleTaskStart);
} }

1.9FreeRTOS 的任务挂起

FreeRTOS 的任务挂起：xTaskSuspend()

使用这个函数要注意以下问题：

使用此函数需要在 FreeRTOSConfig.h 配置文件中配置如下宏定义为 1
- #define INCLUDE_vTaskSuspend 1
如果用往此函数里面填的任务 ID 是 NULL，即数值 0 的话，那么挂起的就是当前正在执行的任务，此任务被挂起后，FreeRTOS 会切换到任务就绪列表里面下一个要执行的高优先级任务。
多次调用此函数的话，只需调用一次 vTaskResume 即可将任务从挂起态恢复。

/* 任务句柄 */
static TaskHandle_t xHandleTaskStart = NULL;

static void AppTaskSuspend (void)
{
xTaskCreate( vTaskStart,    /* 任务函数 */
            "vTaskStart",   /* 任务名 */
            512,            /* 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节 */
            NULL,           /* 任务参数 */
            4,              /* 任务优先级*/
            &xHandleTaskStart ); /* 任务句柄 */
            
            /* 挂起此任务 */
            if(xHandleTaskStart!= NULL)
            {
                vTaskSuspend(xHandleTaskStart);
            } 
}

1.10 FreeRTOS 的任务恢复

FreeRTOS 的任务恢复：vTaskResume()

此函数是用于任务代码中调用的，故不可以在中断服务程序中调用此函数，中断服务程序中使用的 xTaskResumeFromISR()，以后缀 FromISR 结尾。

1.11 FreeRTOS 的任务恢复((中断方式)

FreeRTOS 的任务恢复（中断方式）：xTaskResumeFromISR()

1，使用此函数需要在 FreeRTOSConfig.h 配置文件中配置如下宏定义为 1
#define INCLUDE_xResumeFromISR 1

2. 多次调用函数 vTaskSuspend 的话，只需调用一次 vTaskResumeFromISR 即可将任务从挂起态恢复。

3. 如果用户打算采用这个函数实现中断与任务的同步，要注意一种情况，如果此函数的调用优先于函数 vTaskSuspend 被调用，那么此次同步会丢失，这种情况下建议使用信号量来实现同步。

4. 此函数是用于中断服务程序中调用的，故不可以在任务中使用此函数，任务中使用的是 vTaskResume。

/* 任务句柄 */
static TaskHandle_t xHandleTaskStart = NULL;
static void AppTaskResume (void)
{
xTaskCreate( vTaskStart,    /* 任务函数 */
             "vTaskStart", /* 任务名 */
             512,           /* 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节 */
             NULL,          /* 任务参数 */
             4,             /* 任务优先级*/
             &xHandleTaskStart ); /* 任务句柄 */
            /* 挂起此任务 */
            if(xHandleTaskStart!= NULL)
            {
                vTaskSuspend(xHandleTaskStart);
            } 
}

static void TIM2_IRQHandler(void)
{
    BaseType_t xYieldRequired;
    /* 中断消息处理，此处省略 */
     ……
    /* 恢复挂起任务 */
    xYieldRequired = xTaskResumeFromISR(xHandleTaskStart);
    ...

1.12 FreeRTOS 的空闲任务

空闲任务属于系统任务，是必须要执行的

空闲任务作用：

用户不能让系统一直在执行各个应用任务，这样的话系统利用率就是 100%，系统就会一直超负荷运行，所以空闲任务很有必要。
为了更好的实现低功耗，空闲任务也很有必要，用户可以在空闲任务中实现睡眠，停机等低功耗措施。

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