FreeRTOS 笔记之⑥：空闲任务与阻塞延时的实现
目录
1. 空闲任务实现
2. 实现阻塞延时
2.1 vTaskDelay ()函数
2.2 vTaskSwitchContext()函数
2.3 SysTick中断服务函数
2.4 SysTick初始化函数
之前的章节中，任务体内的延时使用的是软件延时，即还是让CPU空等来达到延时的效果。使用RTOS的很大优势就是榨干CPU的性能，永远不能让它闲着，任务如果需要延时也就不能再让CPU空等来实现延时的效果。
RTOS中的延时叫阻塞延时，即任务需要延时的时候，任务会放弃CPU的使用权，CPU可以去干其它的事情，当任务延时时间到，重新获取CPU使用权，任务继续运行，这样就充分地利用了CPU的资源，而不是干等着。
当任务需要延时，进入阻塞状态，那CPU又去干什么事情了？如果没有其它任务可以运行，RTOS都会为CPU创建一个空闲任务，这个时候CPU就运行空闲任务。在FreeRTOS中，空闲任务是系统在【启动调度器】的时候创建的优先级最低的任务，空闲任务主体主要是做一些系统内存的清理工作。
但是为了简单起见，我们本章实现的空闲任务只是对一个全局变量进行计数。
鉴于空闲任务的这种特性，在实际应用中，当系统进入空闲任务的时候，可在空闲任务中让单片机进入休眠或者低功耗等操作。
1. 空闲任务实现
目前我们在创建任务时使用的栈和TCB都使用的是静态的内存，即需要预先定义好内存，空闲任务也不例外。有关空闲任务的栈和TCB需要用到的内存空间均在main.c中定义。
/* 定义空闲任务的栈 */
StackType_t IdleTaskStack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
/* 定义空闲任务的任务控制块 */
TCB_t IdleTaskTCB;
void vTaskStartScheduler( void )
{
/*======================================创建空闲任务start==============================================*/
TCB_t *pxIdleTaskTCBBuffer = NULL; /* 用于指向空闲任务控制块 */
StackType_t *pxIdleTaskStackBuffer = NULL; /* 用于空闲任务栈起始地址 */
uint32_t ulIdleTaskStackSize;
/* 获取空闲任务的内存：任务栈和任务TCB */
vApplicationGetIdleTaskMemory( &pxIdleTaskTCBBuffer,
&pxIdleTaskStackBuffer,
&ulIdleTaskStackSize );
xIdleTaskHandle = xTaskCreateStatic( (TaskFunction_t)prvIdleTask, /* 任务入口 */
(char *)"IDLE", /* 任务名称，字符串形式 */
(uint32_t)ulIdleTaskStackSize , /* 任务栈大小，单位为字 */
(void *) NULL, /* 任务形参 */
(StackType_t *)pxIdleTaskStackBuffer, /* 任务栈起始地址 */
(TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer ); /* 任务控制块 */
/* 将任务添加到就绪列表 */
vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[0] ), &( ((TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer)->xStateListItem ) );
/*======================================创建空闲任务end================================================*/
/* 手动指定第一个运行的任务 */
pxCurrentTCB = &Task1TCB;
/* 初始化系统时基计数器 */
xTickCount = ( TickType_t ) 0U;
/* 启动调度器 */
if( xPortStartScheduler() != pdFALSE )
{
/* 调度器启动成功，则不会返回，即不会来到这里 */
}
}/* 获取空闲任务的内存：任务栈和任务TCB */
void vApplicationGetIdleTaskMemory( TCB_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,
StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,
uint32_t *pulIdleTaskStackSize )
{
*ppxIdleTaskTCBBuffer=&IdleTaskTCB;
*ppxIdleTaskStackBuffer=IdleTaskStack;
*pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;
}2. 实现阻塞延时
2.1 vTaskDelay ()函数
阻塞延时的阻塞是指任务调用该延时函数后，任务会被剥离CPU使用权，然后进入阻塞状态，直到延时结束，任务重新获取CPU使用权才可以继续运行。在任务阻塞的这段时间，CPU可以去执行其它的任务，如果其它的任务也在延时状态，那么CPU就将运行空闲任务。阻塞延时函数在task.c中定义。
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;
/* 获取当前任务的TCB */
pxTCB = pxCurrentTCB;
/* 设置延时时间 */
pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;
/* 任务切换 */
taskYIELD();
}-
获取当前任务的任务控制块。pxCurrentTCB是一个在task.c定义的全局指针，用于指向当前正在运行或者即将要运行的任务的任务控制块。
-
xTicksToDelay是任务控制块的一个成员，用于记录任务需要延时的时间，单位为SysTick的中断周期。比如我们本书当中SysTick的中断周期为10ms，调用vTaskDelay( 2 )则完成2*10ms的延时
typedef struct tskTaskControlBlock
{
volatile StackType_t *pxTopOfStack; /* 栈顶 */
ListItem_t xStateListItem; /* 任务节点 */
StackType_t *pxStack; /* 任务栈起始地址 */
/* 任务名称，字符串形式 */
char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];
TickType_t xTicksToDelay; /* 用于延时 */
} tskTCB;2.2 vTaskSwitchContext()函数
任务切换。调用tashYIELD()会产生PendSV中断，在PendSV中断服务函数中会调用上下文切换函数vTaskSwitchContext()，该函数的作用是寻找最高优先级的就绪任务，然后更新pxCurrentTCB。
简单实现2个任务的切换，方便理解，与实际系统中有差异。
void vTaskSwitchContext( void )
{
/* 如果当前线程是空闲线程，那么就去尝试执行线程1或者线程2，
看看他们的延时时间是否结束，如果线程的延时时间均没有到期，
那就返回继续执行空闲线程 */
if( pxCurrentTCB == &IdleTaskTCB )
{
if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)
{
pxCurrentTCB =&Task1TCB;
}
else if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)
{
pxCurrentTCB =&Task2TCB;
}
else
{
return; /* 线程延时均没有到期则返回，继续执行空闲线程 */
}
}
else
{
/*如果当前线程是线程1或者线程2的话，检查下另外一个线程,如果另外的线程不在延时中，就切换到该线程
否则，判断下当前线程是否应该进入延时状态，如果是的话，就切换到空闲线程。否则就不进行任何切换 */
if(pxCurrentTCB == &Task1TCB)
{
if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)
{
pxCurrentTCB =&Task2TCB;
}
else if(pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)
{
pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;
}
else
{
return; /* 返回，不进行切换，因为两个线程都处于延时中 */
}
}
else if(pxCurrentTCB == &Task2TCB)
{
if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)
{
pxCurrentTCB =&Task1TCB;
}
else if(pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)
{
pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;
}
else
{
return; /* 返回，不进行切换，因为两个线程都处于延时中 */
}
}
}
}2.3 SysTick中断服务函数
在任务上下文切换函数vTaskSwitchContext ()中，会判断每个任务的任务控制块中的延时成员xTicksToDelay的值是否为0，如果为0就要将对应的任务就绪，如果不为0就继续延时。
如果一个任务要延时，一开始xTicksToDelay肯定不为0，当xTicksToDelay变为0的时候表示延时结束，那么xTicksToDelay是以什么周期在递减？在哪里递减？在FreeRTOS中，这个周期由SysTick中断提供，操作系统里面的最小的时间单位就是SysTick的中断周期，我们称之为一个tick，SysTick中断服务函数在port.c.c中实现。
/*
*************************************************************************
* SysTick中断服务函数
*************************************************************************
*/
void xPortSysTickHandler( void )
{
/* 关中断 */
vPortRaiseBASEPRI();
/* 更新系统时基 */
xTaskIncrementTick();
/* 开中断 */
vPortClearBASEPRIFromISR();
}
void xTaskIncrementTick( void )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;
BaseType_t i = 0;
/* 更新系统时基计数器xTickCount，xTickCount是一个在port.c中定义的全局变量 */
const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;
xTickCount = xConstTickCount;
/* 扫描就绪列表中所有线程的xTicksToDelay，如果不为0，则减1 */
for(i=0; ixTicksToDelay > 0)
{
pxTCB->xTicksToDelay --;
}
}
/* 任务切换 */
portYIELD();
} 2.4 SysTick初始化函数
SysTick的中断服务函数要想被顺利执行，则SysTick必须先初始化。SysTick初始化函数在port.c中定义。
/*
*************************************************************************
* 初始化SysTick
*************************************************************************
*/
void vPortSetupTimerInterrupt( void )
{
/* 设置重装载寄存器的值 */
portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
/* 设置系统定时器的时钟等于内核时钟
使能SysTick 定时器中断
使能SysTick 定时器 */
portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |
portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |
portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );
}SysTick初始化函数vPortSetupTimerInterrupt()，在xPortStartScheduler()中被调用
BaseType_t xPortStartScheduler( void )
{
/* 配置PendSV 和 SysTick 的中断优先级为最低 */
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_PENDSV_PRI;
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_SYSTICK_PRI;
/* 初始化SysTick */
vPortSetupTimerInterrupt();
/* 启动第一个任务，不再返回 */
prvStartFirstTask();
/* 不应该运行到这里 */
return 0;
}