第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理

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freeRTOS系列教程之freeRTOS入门与工程实践章节汇总: https://blog.csdn.net/qq_35181236/article/details/132842016


第9章 任务管理

在本章中,会涉及如下内容:

  • FreeRTOS如何给每个任务分配CPU时间
  • 如何选择某个任务来运行
  • 任务优先级如何起作用
  • 任务有哪些状态
  • 如何实现任务
  • 如何使用任务参数
  • 怎么修改任务优先级
  • 怎么删除任务
  • 怎么实现周期性的任务
  • 如何使用空闲任务

9.1 基本概念

对于整个单片机程序,我们称之为application,应用程序。

使用FreeRTOS时,我们可以在application中创建多个任务(task),有些文档把任务也称为线程(thread)。

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第1张图片

以日常生活为例,比如这个母亲要同时做两件事:

  • 喂饭:这是一个任务
  • 回信息:这是另一个任务
    这可以引入很多概念:
  • 任务状态(State):
    • 当前正在喂饭,它是running状态;另一个"回信息"的任务就是"not running"状态
    • "not running"状态还可以细分:
      • ready:就绪,随时可以运行
      • blocked:阻塞,卡住了,母亲在等待同事回信息
      • suspended:挂起,同事废话太多,不管他了
  • 优先级(Priority)
    • 我工作生活兼顾:喂饭、回信息优先级一样,轮流做
    • 我忙里偷闲:还有空闲任务,休息一下
    • 厨房着火了,什么都别说了,先灭火:优先级更高
  • 栈(Stack)
    • 喂小孩时,我要记得上一口喂了米饭,这口要喂青菜了
    • 回信息时,我要记得刚才聊的是啥
    • 做不同的任务,这些细节不一样
    • 对于人来说,当然是记在脑子里
    • 对于程序,是记在栈里
    • 每个任务有自己的栈
  • 事件驱动
    • 孩子吃饭太慢:先休息一会,等他咽下去了、等他提醒我了,再喂下一口
  • 协助式调度(Co-operative Scheduling)
    • 你在给同事回信息
      • 同事说:好了,你先去给小孩喂一口饭吧,你才能离开
      • 同事不放你走,即使孩子哭了你也不能走
    • 你好不容易可以给孩子喂饭了
      • 孩子说:好了,妈妈你去处理一下工作吧,你才能离开
      • 孩子不放你走,即使同事连发信息你也不能走
        这涉及很多概念,后续章节详细分析。

9.2 任务创建与删除

9.2.1 什么是任务

在FreeRTOS中,任务就是一个函数,原型如下:

void ATaskFunction( void *pvParameters );

要注意的是:

  • 这个函数不能返回
  • 同一个函数,可以用来创建多个任务;换句话说,多个任务可以运行同一个函数
  • 函数内部,尽量使用局部变量:
    • 每个任务都有自己的栈
    • 每个任务运行这个函数时
      • 任务A的局部变量放在任务A的栈里、任务B的局部变量放在任务B的栈里
      • 不同任务的局部变量,有自己的副本
    • 函数使用全局变量、静态变量的话
      • 只有一个副本:多个任务使用的是同一个副本
      • 要防止冲突(后续会讲)
        下面是一个示例:
void ATaskFunction( void *pvParameters )
{
	/* 对于不同的任务,局部变量放在任务的栈里,有各自的副本 */
	int32_t lVariableExample = 0;
	
    /* 任务函数通常实现为一个无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 任务的代码 */
	}

    /* 如果程序从循环中退出,一定要使用vTaskDelete删除自己
     * NULL表示删除的是自己
     */
	vTaskDelete( NULL );
    
    /* 程序不会执行到这里, 如果执行到这里就出错了 */
}

9.2.2 创建任务

创建任务时使用的函数如下:

BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode, // 函数指针, 任务函数
                        const char * const pcName, // 任务的名字
                        const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, // 栈大小,单位为word,10表示40字节
                        void * const pvParameters, // 调用任务函数时传入的参数
                        UBaseType_t uxPriority,    // 优先级
                        TaskHandle_t * const pxCreatedTask ); // 任务句柄, 以后使用它来操作这个任务

参数说明:

参数 描述
pvTaskCode 函数指针,任务对应的 C 函数。任务应该永远不退出,或者在退出时调用 “vTaskDelete(NULL)”。
pcName 任务的名称,仅用于调试目的,FreeRTOS 内部不使用。pcName 的长度为 configMAX_TASK_NAME_LEN。
usStackDepth 每个任务都有自己的栈,usStackDepth 指定了栈的大小,单位为 word。例如,如果传入 100,表示栈的大小为 100 word,即 400 字节。最大值为 uint16_t 的最大值。确定栈的大小并不容易,通常是根据估计来设定。精确的办法是查看反汇编代码。
pvParameters 调用 pvTaskCode 函数指针时使用的参数:pvTaskCode(pvParameters)。
uxPriority 任务的优先级范围为 0~(configMAX_PRIORITIES – 1)。数值越小,优先级越低。如果传入的值过大,xTaskCreate 会将其调整为 (configMAX_PRIORITIES – 1)。
pxCreatedTask 用于保存 xTaskCreate 的输出结果,即任务的句柄(task handle)。如果以后需要对该任务进行操作,如修改优先级,则需要使用此句柄。如果不需要使用该句柄,可以传入 NULL。
返回值 成功时返回 pdPASS,失败时返回 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY(失败原因是内存不足)。请注意,文档中提到的失败返回值是 pdFAIL 是不正确的。pdFAIL 的值为 0,而 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY 的值为 -1。

使用静态分配内存的函数如下:

TaskHandle_t xTaskCreateStatic ( 
    TaskFunction_t pxTaskCode,   // 函数指针, 任务函数
    const char * const pcName,   // 任务的名字
    const uint32_t ulStackDepth, // 栈大小,单位为word,10表示40字节
    void * const pvParameters,   // 调用任务函数时传入的参数
    UBaseType_t uxPriority,      // 优先级
    StackType_t * const puxStackBuffer, // 静态分配的栈,就是一个buffer
    StaticTask_t * const pxTaskBuffer // 静态分配的任务结构体的指针,用它来操作这个任务
);

相比于使用动态分配内存创建任务的函数,最后2个参数不一样:

*参数* *描述*
pvTaskCode 函数指针,可以简单地认为任务就是一个C函数。 它稍微特殊一点:永远不退出,或者退出时要调用"vTaskDelete(NULL)"
pcName 任务的名字,FreeRTOS内部不使用它,仅仅起调试作用。 长度为:configMAX_TASK_NAME_LEN
usStackDepth 每个任务都有自己的栈,这里指定栈大小。 单位是word,比如传入100,表示栈大小为100 word,也就是400字节。 最大值为uint16_t的最大值。 怎么确定栈的大小,并不容易,很多时候是估计。 精确的办法是看反汇编码。
pvParameters 调用pvTaskCode函数指针时用到:pvTaskCode(pvParameters)
uxPriority 优先级范围:0~(configMAX_PRIORITIES – 1) 数值越小优先级越低, 如果传入过大的值,xTaskCreate会把它调整为(configMAX_PRIORITIES – 1)
puxStackBuffer 静态分配的栈内存,比如可以传入一个数组, 它的大小是usStackDepth*4。
pxTaskBuffer 静态分配的StaticTask_t结构体的指针
返回值 成功:返回任务句柄; 失败:NULL

9.2.3 示例1: 创建任务

代码为: 05_create_task

使用动态、静态分配内存的方式,分别创建多个任务:监测遥控器并在LCD上显示、LED闪烁、全彩LED渐变颜色、使用无源蜂鸣器播放音乐。

9.2.4 示例2: 使用任务参数

代码为:FreeRTOS_02_create_task_use_params

我们说过,多个任务可以使用同一个函数,怎么体现它们的差别?

  • 栈不同
  • 创建任务时可以传入不同的参数

我们创建2个任务,使用同一个函数,但是在LCD上打印不一样的信息。

struct  DisplayInfo {
    int x;
    int y;
    const char *str;
};
void vTaskFunction( void *pvParameters )
{
	struct  DisplayInfo *info = pvParameters;
	uint32_t cnt = 0;
uint32_t len;
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 打印任务的信息 */
		len = LCD_PrintString(info->x, info->y, info->str);
		LCD_PrintSignedVal(len+1, info->y, cnt++);

		mdelay(500);
	}
}

上述代码中的info来自参数pvParameters,pvParameters来自哪里?创建任务时传入的。

代码如下:

  • 使用xTaskCreate创建任务时,第4个参数就是pvParameters
  • 不同的任务,pvParameters不一样
// 录视频后再添加代码 

9.2.5 任务的删除

删除任务时使用的函数如下:

void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );

参数说明:

*参数* *描述*
pvTaskCode 任务句柄,使用xTaskCreate创建任务时可以得到一个句柄。 也可传入NULL,这表示删除自己。

怎么删除任务?举个不好的例子:

  • 自杀:vTaskDelete(NULL)
  • 被杀:别的任务执行vTaskDelete(pvTaskCode),pvTaskCode是自己的句柄
  • 杀人:执行vTaskDelete(pvTaskCode),pvTaskCode是别的任务的句柄

9.2.6 示例3: 删除任务

代码为: 07_delete_task

功能为:当监测到遥控器的Power按键被按下后,删除音乐播放任务。

代码如下:

任务运行图:

9.3 任务优先级和Tick

9.3.1 任务优先级

怎么让播放的音乐更动听?提高优先级。

优先级的取值范围是:0~(configMAX_PRIORITIES – 1),数值越大优先级越高。

FreeRTOS的调度器可以使用2种方法来快速找出优先级最高的、可以运行的任务。使用不同的方法时,configMAX_PRIORITIES 的取值有所不同。

  • 通用方法

使用C函数实现,对所有的架构都是同样的代码。对configMAX_PRIORITIES的取值没有限制。但是configMAX_PRIORITIES的取值还是尽量小,因为取值越大越浪费内存,也浪费时间。

configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION被定义为0、或者未定义时,使用此方法。

  • 架构相关的优化的方法

架构相关的汇编指令,可以从一个32位的数里快速地找出为1的最高位。使用这些指令,可以快速找出优先级最高的、可以运行的任务。使用这种方法时,configMAX_PRIORITIES的取值不能超过32。

configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION被定义为1时,使用此方法。

在学习调度方法之前,你只要初略地知道:

  • FreeRTOS会确保最高优先级的、可运行的任务,马上就能执行
  • 对于相同优先级的、可运行的任务,轮流执行

这无需记忆,就像我们举的例子:

  • 厨房着火了,当然优先灭火
  • 喂饭、回复信息同样重要,轮流做

9.3.2 Tick

对于同优先级的任务,它们“轮流”执行。怎么轮流?你执行一会,我执行一会。

"一会"怎么定义?

人有心跳,心跳间隔基本恒定。

FreeRTOS中也有心跳,它使用定时器产生固定间隔的中断。这叫Tick、滴答,比如每10ms发生一次时钟中断。

如下图:

  • 假设t1、t2、t3发生时钟中断
  • 两次中断之间的时间被称为时间片(time slice、tick period)
  • 时间片的长度由configTICK_RATE_HZ 决定,假设configTICK_RATE_HZ为100,那么时间片长度就是10ms

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第2张图片

相同优先级的任务怎么切换呢?请看下图:

  • 任务2从t1执行到t2
  • 在t2发生tick中断,进入tick中断处理函数:
    • 选择下一个要运行的任务
    • 执行完中断处理函数后,切换到新的任务:任务1
  • 任务1从t2执行到t3
  • 从图中可以看出,任务运行的时间并不是严格从t1,t2,t3哪里开始

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第3张图片

有了Tick的概念后,我们就可以使用Tick来衡量时间了,比如:

vTaskDelay(2);  // 等待2个Tick,假设configTICK_RATE_HZ=100, Tick周期时10ms, 等待20ms

// 还可以使用pdMS_TO_TICKS宏把ms转换为tick
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));	 // 等待100ms

注意,基于Tick实现的延时并不精确,比如vTaskDelay(2)的本意是延迟2个Tick周期,有可能经过1个Tick多一点就返回了。
如下图:

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第4张图片

使用vTaskDelay函数时,建议以ms为单位,使用pdMS_TO_TICKS把时间转换为Tick。

这样的代码就与configTICK_RATE_HZ无关,即使配置项configTICK_RATE_HZ改变了,我们也不用去修改代码。

9.3.3 示例4: 优先级实验

代码为:08_task_priority
本程序会:提高音乐播放任务的优先级,使用vTaskDelay进行延时。

代码如下:


调度情况如下图所示:

9.3.4 修改优先级

使用uxTaskPriorityGet来获得任务的优先级:

UBaseType_t uxTaskPriorityGet( const TaskHandle_t xTask );

使用参数xTask来指定任务,设置为NULL表示获取自己的优先级。

使用vTaskPrioritySet 来设置任务的优先级:

void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask,
                       UBaseType_t uxNewPriority );

使用参数xTask来指定任务,设置为NULL表示获取自己的优先级。

使用vTaskPrioritySet 来设置任务的优先级:

void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask,
                       UBaseType_t uxNewPriority );

使用参数xTask来指定任务,设置为NULL表示设置自己的优先级;

参数uxNewPriority表示新的优先级,取值范围是0~(configMAX_PRIORITIES – 1)。

9.4 任务状态

以前我们很简单地把任务的状态分为2中:运行(Runing)、非运行(Not Running)。
对于非运行的状态,还可以继续细分,比如前面的FreeRTOS_04_task_priority中:

  • Task3执行vTaskDelay后:处于非运行状态,要过3秒种才能再次运行
  • Task3运行期间,Task1、Task2也处于非运行状态,但是它们随时可以运行
  • 这两种"非运行"状态就不一样,可以细分为:
  • 阻塞状态(Blocked)
  • 暂停状态(Suspended)
  • 就绪状态(Ready)

9.4.1 阻塞状态(Blocked)

在日常生活的例子中,母亲在电脑前跟同事沟通时,如果同事一直没回复,那么母亲的工作就被卡住了、被堵住了、处于阻塞状态(Blocked)。重点在于:母亲在等待。

在FreeRTOS_04_task_priority实验中,如果把任务3中的vTaskDelay调用注释掉,那么任务1、任务2根本没有执行的机会,任务1、任务2被"饿死"了(starve)。

在实际产品中,我们不会让一个任务一直运行,而是使用"事件驱动"的方法让它运行:

  • 任务要等待某个事件,事件发生后它才能运行
  • 在等待事件过程中,它不消耗CPU资源
  • 在等待事件的过程中,这个任务就处于阻塞状态(Blocked)

在阻塞状态的任务,它可以等待两种类型的事件:

  • 时间相关的事件
    • 可以等待一段时间:我等2分钟
    • 也可以一直等待,直到某个绝对时间:我等到下午3点
  • 同步事件:这事件由别的任务,或者是中断程序产生
    • 例子1:任务A等待任务B给它发送数据
    • 例子2:任务A等待用户按下按键
    • 同步事件的来源有很多(这些概念在后面会细讲):
      • 队列(queue)
      • 二进制信号量(binary semaphores)
      • 计数信号量(counting semaphores)
      • 互斥量(mutexes)
      • 递归互斥量、递归锁(recursive mutexes)
      • 事件组(event groups)
      • 任务通知(task notifications)

在等待一个同步事件时,可以加上超时时间。比如等待队里数据,超时时间设为10ms:

  • 10ms之内有数据到来:成功返回
  • 10ms到了,还是没有数据:超时返回

9.4.2 暂停状态(Suspended)

在日常生活的例子中,母亲正在电脑前跟同事沟通,母亲可以暂停:

  • 好烦啊,我暂停一会
  • 领导说:你暂停一下

FreeRTOS中的任务也可以进入暂停状态,唯一的方法是通过vTaskSuspend函数。函数原型如下:

void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend );

参数xTaskToSuspend表示要暂停的任务,如果为NULL,表示暂停自己。

要退出暂停状态,只能由别人来操作:

  • 别的任务调用:vTaskResume
  • 中断程序调用:xTaskResumeFromISR

实际开发中,暂停状态用得不多。

9.4.3 就绪状态(Ready)

这个任务完全准备好了,随时可以运行:只是还轮不到它。这时,它就处于就绪态(Ready)。

9.4.4 完整的状态转换图

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第5张图片

9.5 Delay函数

9.5.1 两个Delay函数

有两个Delay函数:

  • vTaskDelay:至少等待指定个数的Tick Interrupt才能变为就绪状态
  • vTaskDelayUntil:等待到指定的绝对时刻,才能变为就绪态。

这2个函数原型如下:

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay ); /* xTicksToDelay: 等待多少给Tick */

/* pxPreviousWakeTime: 上一次被唤醒的时间
 * xTimeIncrement: 要阻塞到(pxPreviousWakeTime + xTimeIncrement)
 * 单位都是Tick Count
 */
BaseType_t xTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime,
                            const TickType_t xTimeIncrement );

下面画图说明:

  • 使用vTaskDelay(n)时,进入、退出vTaskDelay的时间间隔至少是n个Tick中断
  • 使用xTaskDelayUntil(&Pre, n)时,前后两次退出xTaskDelayUntil的时间至少是n个Tick中断
    • 退出xTaskDelayUntil时任务就进入的就绪状态,一般都能得到执行机会
    • 所以可以使用xTaskDelayUntil来让任务周期性地运行

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第6张图片

9.5.2 示例5: Delay

本节代码为:09_taskdelay。
本程序会比较vTaskDelay和vTaskDelayUntil实际阻塞的时间,并在LCD上打印出来。

代码如下:


9.6 空闲任务及其钩子函数

9.6.1 介绍

空闲任务(Idle任务)的作用之一:释放被删除的任务的内存。

除了上述目的之外,为什么必须要有空闲任务?一个良好的程序,它的任务都是事件驱动的:平时大部分时间处于阻塞状态。有可能我们自己创建的所有任务都无法执行,但是调度器必须能找到一个可以运行的任务:所以,我们要提供空闲任务。在使用vTaskStartScheduler()函数来创建、启动调度器时,这个函数内部会创建空闲任务:

  • 空闲任务优先级为0:它不能阻碍用户任务运行
  • 空闲任务要么处于就绪态,要么处于运行态,永远不会阻塞

空闲任务的优先级为0,这意味着一旦某个用户的任务变为就绪态,那么空闲任务马上被切换出去,让这个用户任务运行。在这种情况下,我们说用户任务"抢占"(pre-empt)了空闲任务,这是由调度器实现的。

要注意的是:如果使用vTaskDelete()来删除任务,那么你就要确保空闲任务有机会执行,否则就无法释放被删除任务的内存。

我们可以添加一个空闲任务的钩子函数(Idle Task Hook Functions),空闲任务的循环每执行一次,就会调用一次钩子函数。钩子函数的作用有这些:

  • 执行一些低优先级的、后台的、需要连续执行的函数
  • 测量系统的空闲时间:空闲任务能被执行就意味着所有的高优先级任务都停止了,所以测量空闲任务占据的时间,就可以算出处理器占用率。
  • 让系统进入省电模式:空闲任务能被执行就意味着没有重要的事情要做,当然可以进入省电模式了。
  • 空闲任务的钩子函数的限制:
  • 不能导致空闲任务进入阻塞状态、暂停状态
  • 如果你会使用vTaskDelete()来删除任务,那么钩子函数要非常高效地执行。如果空闲任务移植卡在钩子函数里的话,它就无法释放内存。

9.6.2 使用钩子函数的前提

在FreeRTOS\Source\tasks.c中,可以看到如下代码,所以前提就是:

  • 把这个宏定义为1:configUSE_IDLE_HOOK
  • 实现vApplicationIdleHook函数

第9章_freeRTOS入门与工程实践之任务管理_第7张图片

9.7 调度算法

9.7.1 重要概念

这些知识在前面都提到过了,这里总结一下。

正在运行的任务,被称为"正在使用处理器",它处于运行状态。在单处理系统中,任何时间里只能有一个任务处于运行状态。

非运行状态的任务,它处于这3中状态之一:阻塞(Blocked)、暂停(Suspended)、就绪(Ready)。就绪态的任务,可以被调度器挑选出来切换为运行状态,调度器永远都是挑选最高优先级的就绪态任务并让它进入运行状态。

阻塞状态的任务,它在等待"事件",当事件发生时任务就会进入就绪状态。事件分为两类:时间相关的事件、同步事件。所谓时间相关的事件,就是设置超时时间:在指定时间内阻塞,时间到了就进入就绪状态。使用时间相关的事件,可以实现周期性的功能、可以实现超时功能。同步事件就是:某个任务在等待某些信息,别的任务或者中断服务程序会给它发送信息。怎么"发送信息"?方法很多,有:任务通知(task notification)、队列(queue)、事件组(event group)、信号量(semaphoe)、互斥量(mutex)等。这些方法用来发送同步信息,比如表示某个外设得到了数据。

9.7.2 配置调度算法

所谓调度算法,就是怎么确定哪个就绪态的任务可以切换为运行状态。

通过配置文件FreeRTOSConfig.h的两个配置项来配置调度算法:configUSE_PREEMPTION、configUSE_TIME_SLICING。

还有第三个配置项:configUSE_TICKLESS_IDLE,它是一个高级选项,用于关闭Tick中断来实现省电,后续单独讲解。现在我们假设configUSE_TICKLESS_IDLE被设为0,先不使用这个功能。
调度算法的行为主要体现在两方面:高优先级的任务先运行、同优先级的就绪态任务如何被选中。调度算法要确保同优先级的就绪态任务,能"轮流"运行,策略是"轮转调度"(Round Robin Scheduling)。轮转调度并不保证任务的运行时间是公平分配的,我们还可以细化时间的分配方法。
从3个角度统一理解多种调度算法:

  • 可否抢占?高优先级的任务能否优先执行(配置项: configUSE_PREEMPTION)
    • 可以:被称作"可抢占调度"(Pre-emptive),高优先级的就绪任务马上执行,下面再细化。
    • 不可以:不能抢就只能协商了,被称作"合作调度模式"(Co-operative Scheduling)
      • 当前任务执行时,更高优先级的任务就绪了也不能马上运行,只能等待当前任务主动让出CPU资源。
      • 其他同优先级的任务也只能等待:更高优先级的任务都不能抢占,平级的更应该老实点
  • 可抢占的前提下,同优先级的任务是否轮流执行(配置项:configUSE_TIME_SLICING)
    • 轮流执行:被称为"时间片轮转"(Time Slicing),同优先级的任务轮流执行,你执行一个时间片、我再执行一个时间片
    • 不轮流执行:英文为"without Time Slicing",当前任务会一直执行,直到主动放弃、或者被高优先级任务抢占
  • 在"可抢占"+"时间片轮转"的前提下,进一步细化:空闲任务是否让步于用户任务(配置项:configIDLE_SHOULD_YIELD)
    • 空闲任务低人一等,每执行一次循环,就看看是否主动让位给用户任务
    • 空闲任务跟用户任务一样,大家轮流执行,没有谁更特殊
      列表如下:
*配置项* *A* *B* *C* *D* *E*
configUSE_PREEMPTION 1 1 1 1 0
configUSE_TIME_SLICING 1 1 0 0 x
configIDLE_SHOULD_YIELD 1 0 1 0 x
说明 常用 很少用 很少用 很少用 几乎不用

注:

  • A:可抢占+时间片轮转+空闲任务让步
  • B:可抢占+时间片轮转+空闲任务不让步
  • C:可抢占+非时间片轮转+空闲任务让步
  • D:可抢占+非时间片轮转+空闲任务不让步
  • E:合作调度

9.7.3 示例6: 调度

9.7.4 对比效果: 抢占与否

FreeRTOSConfig.h 中,定义这样的宏,对比逻辑分析仪的效果:

// 实验1:抢占
##define configUSE_PREEMPTION		1
##define configUSE_TIME_SLICING      1
##define configIDLE_SHOULD_YIELD		1

// 实验2:不抢占
##define configUSE_PREEMPTION		0
##define configUSE_TIME_SLICING      1
##define configIDLE_SHOULD_YIELD		1

对比结果为:

  • 抢占时:高优先级任务就绪时,就可以马上执行
  • 不抢占时:优先级失去意义了,既然不能抢占就只能协商了,图中任务1一直在运行(一点都没有协商精神),其他任务都无法执行。即使任务3的vTaskDelay已经超时、即使它的优先级更高,都没办法执行。

9.7.5 对比效果: 时间片轮转与否

FreeRTOSConfig.h 中,定义这样的宏,对比逻辑分析仪的效果:

// 实验1:时间片轮转
##define configUSE_PREEMPTION		1
##define configUSE_TIME_SLICING      1
##define configIDLE_SHOULD_YIELD		1

// 实验2:时间片不轮转
##define configUSE_PREEMPTION		1
##define configUSE_TIME_SLICING      0
##define configIDLE_SHOULD_YIELD		1

从下面的对比图可以知道:

  • 时间片轮转:在Tick中断中会引起任务切换
  • 时间片不轮转:高优先级任务就绪时会引起任务切换,高优先级任务不再运行时也会引起任务切换。可以看到任务3就绪后可以马上执行,它运行完毕后导致任务切换。其他时间没有任务切换,可以看到任务1、任务2都运行了很长时间。

9.7.6 对比效果: 空闲任务让步

FreeRTOSConfig.h 中,定义这样的宏,对比逻辑分析仪的效果:

// 实验1:空闲任务让步
##define configUSE_PREEMPTION		1
##define configUSE_TIME_SLICING      1
##define configIDLE_SHOULD_YIELD		1

// 实验2:空闲任务不让步
##define configUSE_PREEMPTION		1
##define configUSE_TIME_SLICING      1
##define configIDLE_SHOULD_YIELD		0

从下面的对比图可以知道:

  • 让步时:在空闲任务的每个循环中,会主动让出处理器,从图中可以看到flagIdelTaskrun的波形很小
  • 不让步时:空闲任务跟任务1、任务2同等待遇,它们的波形宽度是差不多的

本章完

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