【学习FreeRTOS】第17章——FreeRTOS任务通知

1.任务通知的简介

任务通知：用来通知任务的，任务控制块中的结构体成员变量 ulNotifiedValue就是这个通知值。

• 使用队列、信号量、事件标志组时都需另外创建一个结构体，通过中间的结构体进行间接通信！
  
• 使用任务通知时，任务结构体TCB中就包含了内部对象，可以直接接收别人发过来的"通知"
  

任务通知值的更新方式

• 不覆盖接受任务的通知值【类似队列不覆写】
• 覆盖接受任务的通知值【类似队列覆写】
• 更新接受任务通知值的一个或多个bit【类似任务标志组】
• 增加接受任务的通知值【类似信号量】
• 只要合理，灵活的利用任务通知的特点，可以在一些场合中替代队列、信号量、事件标志组！

任务通知的优势及劣势

• 效率更高（快）：使用任务通知向任务发送事件或数据比使用队列、事件标志组或信号量快得多
• 使用内存更小：使用其他方法时都要先创建对应的结构体，使用任务通知时无需额外创建结构体

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• 无法发送数据给ISR：ISR没有任务结构体，所以无法给ISR发送数据。但是ISR可以使用任务通知的功能，发数据给任务
• 无法广播给多个任务：任务通知只能是被指定的一个任务接收并处理
• 无法缓存多个数据：任务通知是通过更新任务通知值来发送数据的，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保持一个数据
• 发送受阻不支持阻塞：发送方无法进入阻塞状态等待

任务通知有速度快、内存小的优势，但是中断不能收数据，只能一对一，只有一个数据量，发送不支持阻塞。多用于一对一通知

2.任务通知值和通知状态

任务都有一个结构体：任务控制块TCB，它里边有两个结构体成员变量：

typedef  struct  tskTaskControlBlock 
{
	//… …
    #if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS  ==  1 )
    	volatile  uint32_t	ulNotifiedValue [ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];
        volatile  uint8_t  	ucNotifyState 	[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];
    endif
	//… …
} tskTCB;
#define  configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES	1  	/* 定义任务通知数组的大小, 默认: 1 */

ulNotifiedValue是 uint32_t 类型，用来表示通知值
ucNotifyState是 uint8_t 类型，用来表示通知状态

任务通知值的更新方式有多种类型

• 计数值（数值累加，类似信号量）
• 相应位置一（类似事件标志组）
• 任意数值（支持覆写和不覆写，类似队列）

任务通知状态共有3种取值：

#define	taskNOT_WAITING_NOTIFICATION  	( ( uint8_t ) 0 )		 /* 任务未等待通知 */
#define taskWAITING_NOTIFICATION		( ( uint8_t ) 1 )		 /* 任务在等待通知 */
#define taskNOTIFICATION_RECEIVED       ( ( uint8_t ) 2 )		 /* 任务在等待接收 */

• 任务未等待通知 ：任务通知默认的初始化状态
• 等待通知：接收方已经准备好了（调用了接收任务通知函数），等待发送方给个通知
• 等待接收：发送方已经发送出去（调用了发送任务通知函数），等待接收方接收

3.任务通知相关API函数介绍

任务通知API函数主要有两类：①发送通知 ，②接收通知。
【注意】发送通知API函数可以用于任务和中断服务函数中；接收通知API函数只能用在任务中。

• xTaskNotify()：发送任务通知，带有通知值
• xTaskNotifyAndQuery()：发送任务通知，带有通知值，保留接收任务原通知值
• xTaskNotifyGive()：发送任务通知，不带通知值
• xTaskNotifyFromISR()：在中断中发送任务通知
• xTaskNotifyAndQueryFromISR()：在中断中发送任务通知
• vTaskNotifyGiveFromISR()：在中断中发送任务通知
• ulTaskNotifyTake()：获取任务通知，可以设置在退出此函数的时候将任务通知值清零或者减一。
• xTaskNotifyWait()：获取任务通知，比 ulTaskNotifyTak()更为复杂，可获取通知值和清除通知值的指定位。

xTaskNotifyAndQuery()和xTaskNotify()常用于模拟写队列/设置标志位，ulTaskNotifyTake()常用于读队列/清除标志位
xTaskNotifyGive()常用于模拟信号量释放，ulTaskNotifyTake()常用于模拟信号量获取
下方的函数和上述的函数基本一致，只不过可以操作下表不为0的元素操作（不常用）

3.1.发送任务通知

#define	xTaskNotifyAndQuery(xTaskToNotify,  ulValue ,  eAction ,  pulPreviousNotifyValue  )
		xTaskGenericNotify((xTaskToNotify), (tskDEFAULT_INDEX_TO_NOTIFY), (ulValue), (eAction),	(pulPreviousNotifyValue ))
#define	xTaskNotify(xTaskToNotify ,  ulValue ,  eAction  )
 		xTaskGenericNotify((xTaskToNotify), (tskDEFAULT_INDEX_TO_NOTIFY), (ulValue), (eAction),  NULL)
#define	xTaskNotifyGive(  xTaskToNotify  )
		xTaskGenericNotify((xTaskToNotify), (tskDEFAULT_INDEX_TO_NOTIFY),  (0), 	  eIncrement, NULL)

BaseType_t xTaskGenericNotify(	TaskHandle_t 	xTaskToNotify,
                                UBaseType_t 	uxIndexToNotify,
                                uint32_t 		ulValue,
                                eNotifyAction 	eAction,
                                uint32_t * 		pulPreviousNotificationValue  )
                                
typedef  enum
{    
	eNoAction = 0, 				/* 无操作 */
	eSetBits					/* 更新指定bit */
	eIncrement					/* 通知值加一 */
 	eSetValueWithOverwrite		/* 覆写的方式更新通知值 */
	eSetValueWithoutOverwrite	/* 不覆写通知值 */
} eNotifyAction;

• 形参xTaskIaNatify：接收任务通知的任务句柄
• 形参uxIndexToNotify：任务的指定通知（任务通知相关数组成员，第0个元素）
• 形参ulValue：任务通知值
• 形参eAction：通知方式（通知值更新方式）
• 形参pulPreviousNotificationValue：用于保存更新前的任务通知值(为NULL则不保存)

3.2.发送任务通知底层函数xTaskGenericNotify( )解析

3.3.获取任务通知

#define ulTaskNotifyTake( xClearCountOnExit  ,   xTicksToWait )
		ulTaskGenericNotifyTake	( ( tskDEFAULT_INDEX_TO_NOTIFY ),//任务的指定通知
								( xClearCountOnExit ),
								( xTicksToWait ) ) 

• 形参uxlndexToWaitQn：任务的指定通知（任务通知相关数组成员)
• 形参xClearCountOnExit：指定在成功接收通知后，将通知值清零或减1，pdTRUE:把通知值清零；pdEAL.SE:把通知值减一
• 形参xTicksToWait：阻塞等待任务通知值的最大时间
• 返回值：0，接收失败；非0，接收成功，返回任务通知的通知值

#define xTaskNotifyWait( 			ulBitsToClearOnEntry,
									ulBitsToClearOnExit, 
									pulNotificationValue, 
									xTicksToWait)
		xTaskGenericNotifyWait( 	tskDEFAULT_INDEX_TO_NOTIFY,
									( ulBitsToClearOnEntry ),
									( ulBitsToClearOnExit ), 
									( pulNotificationValue ),
									( xTicksToWait )) 

BaseType_t xTaskGenericNotifyWait( 	UBaseType_t 	uxIndexToWaitOn,
									uint32_t 		ulBitsToClearOnEntry,
									uint32_t 		ulBitsToClearOnExit,
									uint32_t * 		pulNotificationValue,
									TickType_t 		xTicksToWait);

• 形参uxlndexToWaitOn：任务的指定通知（任务通知相关数组成员)
• 形参ulBitesToClearOnEntry：等待前清零指定任务通知值的比特位（旧值对应bit清0)
• 形参ulBitesToClearOnExit：成功等待后清零指定的任务通知值比特位（新值对应bit清0)
• 形参pulNotificationValue：用来取出通知值（如果不需要取出，可设为NULL)
• 形参xTicksToWait：阻塞等待任务通知值的最大时间
• 返回值：pdTRUE，等待任务通知成功；pdFALSE，等待任务通知失败

3.4.ulTaskNotifyTake( )与xTaskNotifyWait( )函数解析

• ulTaskNotifyTake( )
  
• ulTaskNotifyTake( )
  

4.任务通知模拟信号量实验

• 实验目的：学习使用 FreeRTOS 中的任务通知功能模拟二值信号量和计数型信号量
• 实验设计：将设计三个任务：start_task、task1、task2
  start_task用来创建task1和task2任务
  task1用于按键扫描，当检测到按键KEY0被按下时，将发送任务通知
  task2用于接收任务通知，并打印相关提示信息
  

5.任务通知模拟消息邮箱实验

• 实验目的：学习使用 FreeRTOS 中的任务通知功能模拟消息邮箱
• 实验设计：将设计三个任务：start_task、task1、task2
  start_task用来创建task1和task2任务
  task1用于按键扫描，将按下的按键键值通过任务通知发送给指定任务
  task2用于接收任务通知，并根据接收到的数据做相应动作

6.任务通知模拟事件标志组实验

• 实验目的：学习使用 FreeRTOS 中的任务通知功能模拟事件标志组
• 实验设计：将设计三个任务：start_task、task1、task2
  start_task用来创建task1和task2任务
  task1用于按键扫描，当检测到按键按下时，发送任务通知设置不同标志位
  task2用于接收任务通知，并打印相关提示信息