物联网操作系统任务通知

所谓"任务通知"，你可以反过来读"通知任务"。
我们使用队列、信号量、事件组等等方法时，并不知道对方是谁。使用任务通知时，可
以明确指定：通知哪个任务。
使用队列、信号量、事件组时，我们都要事先创建对应的结构体，双方通过中间的结构
体通信：

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"：

本章涉及如下内容：
⚫ 任务通知：通知状态、通知值
⚫ 任务通知的使用场合
⚫ 任务通知的优势
 

任务通知的特性
 

优势及限制

任务通知的优势：
⚫ 效率更高：使用任务通知来发送事件、数据给某个任务时，效率更高。比队
列、信号量、事件组都有大的优势。
⚫ 更节省内存：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。
 

任务通知的限制：
 

⚫ 不能发送数据给 ISR：
ISR 并没有任务结构体，所以无法使用任务通知的功能给 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。
⚫ 数据只能给该任务独享
使用队列、信号量、事件组时，数据保存在这些结构体中，其他任务、 ISR 都可
以访问这些数据。使用任务通知时，数据存放入目标任务中，只有它可以访问这
些数据。
在日常工作中，这个限制影响不大。因为很多场合是从多个数据源把数据发给某
个任务，而不是把一个数据源的数据发给多个任务。
⚫ 无法缓冲数据
使用队列时，假设队列深度为 N，那么它可以保持 N 个数据。
使用任务通知时，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保持一个数据。
⚫ 无法广播给多个任务
使用事件组可以同时给多个任务发送事件。
使用任务通知，只能发个一个任务。
⚫ 如果发送受阻，发送方无法进入阻塞状态等待
假设队列已经满了，使用 xQueueSendToBack()给队列发送数据时，任务可以进
入阻塞状态等待发送完成。
使用任务通知时，即使对方无法接收数据，发送方也无法阻塞等待，只能即刻返
回错误。
 

通知状态和通知值

每个任务都有一个结构体： TCB(Task Control Block)，里面有 2 个成员：
⚫ 一个是 uint8_t 类型，用来表示通知状态
⚫ 一个是 uint32_t 类型，用来表示通知值

typedef struct tskTaskControlBlock
{
......
/* configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES = 1 */
volatile uint32_t ulNotifiedValue[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];
volatile uint8_t ucNotifyState[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ]
......
} tskTCB;

通知状态有3种取值：
⚫ taskNOT_WAITING_NOTIFICATION：任务没有在等待通知
⚫ taskWAITING_NOTIFICATION：任务在等待通知
⚫ taskNOTIFICATION_RECEIVED：任务接收到了通知，也被称为 pending(有
数据了，待处理)

##define taskNOT_WAITING_NOTIFICATION ( ( uint8_t ) 0 ) /*
也是初始状态 */
##define taskWAITING_NOTIFICATION ( ( uint8_t ) 1 )
##define taskNOTIFICATION_RECEIVED ( ( uint8_t ) 2 )

通知值可以有很多种类型：
⚫ 计数值
⚫ 位(类似事件组)
⚫ 任意数值
 

任务通知的使用
 

使用任务通知，可以实现轻量级的队列(长度为 1)、邮箱(覆盖的队列)、计数型信号量、
二进制信号量、事件组。

两类函数

任务通知有 2 套函数，简化版、专业版，列表如下：
⚫ 简化版函数的使用比较简单，它实际上也是使用专业版函数实现的
⚫ 专业版函数支持很多参数，可以实现很多功能

xTaskNotifyGive/ulTaskNotifyTake

在任务中使用 xTaskNotifyGive 函数，在 ISR 中使用 vTaskNotifyGiveFromISR 函数，都
是直接给其他任务发送通知：
⚫ 使得通知值加一
⚫ 并使得通知状态变为"pending"，也就是
taskNOTIFICATION_RECEIVED，表示有数据了、待处理
可以使用ulTaskNotifyTake函数来取出通知值：
⚫ 如果通知值等于 0，则阻塞(可以指定超时时间)
⚫ 当通知值大于 0 时，任务从阻塞态进入就绪态
⚫ 在 ulTaskNotifyTake 返回之前，还可以做些清理工作：把通知值减一，或者
把通知值清零
使用 ulTaskNotifyTake 函数可以实现轻量级的、高效的二进制信号量、计数型信号量。
这几个函数的原型如下：
 

BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );
void vTaskNotifyGiveFromISR( TaskHandle_t xTaskHandle, BaseType_t *pxHigherPriorityTa
skWoken );
uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit, TickType_t xTicksToWait );

xTaskNotifyGive函数的参数说明如下：

vTaskNotifyGiveFromISR函数的参数说明如下：

ulTaskNotifyTake函数的参数说明如下：

 xTaskNotify/xTaskNotifyWait

xTaskNotify 函数功能更强大，可以使用不同参数实现各类功能，比如：
⚫ 让接收任务的通知值加一：这时 xTaskNotify()等同于 xTaskNotifyGive()
⚫ 设置接收任务的通知值的某一位、某些位，这就是一个轻量级的、更高效的
事件组
⚫ 把一个新值写入接收任务的通知值：上一次的通知值被读走后，写入才成
功。这就是轻量级的、长度为 1 的队列
⚫ 用一个新值覆盖接收任务的通知值：无论上一次的通知值是否被读走，覆盖
都成功。 类似 xQueueOverwrite()函数，这就是轻量级的邮箱。
xTaskNotify() 比 xTaskNotifyGive() 更 灵 活 、 强 大 ， 使 用 上 也 就 更 复 杂 。
xTaskNotifyFromISR()是它对应的 ISR 版本。
这两个函数用来发出任务通知，使用哪个函数来取出任务通知呢？
使用xTaskNotifyWait()函数！它比ulTaskNotifyTake()更复杂：
⚫ 可以让任务等待(可以加上超时时间)，等到任务状态为"pending"(也就是有数
据)
⚫ 还可以在函数进入、退出时，清除通知值的指定位

这几个函数的原型如下：

BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyActio
n eAction );
BaseType_t xTaskNotifyFromISR( TaskHandle_t xTaskToNotify,
uint32_t ulValue,
eNotifyAction eAction,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
BaseType_t xTaskNotifyWait( uint32_t ulBitsToClearOnEntry,
uint32_t ulBitsToClearOnExit,
uint32_t *pulNotificationValue,
TickType_t xTicksToWait );

xTaskNotify函数的参数说明如下：

eNotifyAction参数说明：

xTaskNotifyFromISR 函 数 跟 xTaskNotify 很 类 似 ， 就 多 了 最 后 一 个 参 数
pxHigherPriorityTaskWoken。在很多ISR函数中，这个参数的作用都是类似的，使用场
景如下：
⚫ 被通知的任务，可能正处于阻塞状态
⚫ xTaskNotifyFromISR 函数发出通知后，会把接收任务从阻塞状态切换为就
绪态
⚫ 如果被唤醒的任务的优先级，高于当前任务的优先级，则
"*pxHigherPriorityTaskWoken"被设置为 pdTRUE，这表示在中断返回之前要进行
任务切换。

xTaskNotifyWait函数列表如下：

示例 ：传输计数值
 

本程序创建2个任务：
⚫ 发送任务：把数据写入唤醒缓冲区，使用 xTaskNotifyGive()让通知值加一
⚫ 接收任务：使用 ulTaskNotifyTake()取出通知值，这表示字符数，打印字符
main 函数代码如下：
 

int main( void )
{
prvSetupHardware();
/* 创建 1 个任务用于发送任务通知
* 优先级为 2
*/
xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 2, NULL );
/* 创建 1 个任务用于接收任务通知
* 优先级为 1
*/
xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, &xRecvTask );
/* 启动调度器 */
vTaskStartScheduler();
/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
return 0;
}

发送任务、接收任务的代码和执行流程如下：
⚫ A：发送任务优先级最高，先执行。连续存入 3 个字符、发出 3 次任务通
知：通知值累加为 3
⚫ B：发送任务阻塞，让接收任务能执行
⚫ C：接收任务读到通知值为 3，并把通知值清零
⚫ D：把 3 个字符依次读出、打印
⚫ E：再次读取任务通知，阻塞

本程序使用xTaskNotifyGive/ulTaskNotifyTake实现了轻量级的计数型信号量，代码
更简单：
⚫ 无需创建信号量
⚫ 消耗内存更少
⚫ 效率更高
信号量是个公开的资源，任何任务、 ISR 都可以使用它：可以释放、获取信号量。
而本节程序中，发送任务只能给指定的任务发送通知，目标明确；接收任务只能从自己
的通知值中得到数据，来源明确。
 

示例 : 传输任意值
 

在上述例子中使用任务通知来传输计数值、传输通知。
本节程序使用任务通知来传输任意数据，它创建2个任务：
⚫ 发送任务：把数据通过 xTaskNotify()发送给其他任务
⚫ 接收任务：使用 xTaskNotifyWait 取出通知值，这表示字符，并打印出来
main 函数代码如下：
 

int main( void )
{
prvSetupHardware();
/* 创建 1 个任务用于发送任务通知
* 优先级为 2
*/
xTaskCreate( vSenderTask, "Sender", 1000, NULL, 2, NULL );
/* 创建 1 个任务用于接收任务通知
* 优先级为 1
*/
xTaskCreate( vReceiverTask, "Receiver", 1000, NULL, 1, &xRecvTask );
/* 启动调度器 */
vTaskStartScheduler();
/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
return 0;
}

发送任务、接收任务的代码和执行流程如下：
⚫ A：发送任务优先级最高，先执行。连续给对方任务发送 3 个字符，只成功
了 1 次
⚫ B：发送任务阻塞，让接收任务能执行
⚫ C：接收任务读取通知值
⚫ D：把读到的通知值作为字符打印出来
⚫ E：再次读取任务通知，阻塞

本程序使用xTaskNotify/xTaskNotifyWait实现了轻量级的队列(该队列长度只有1)，代
码更简单：
⚫ 无需创建队列
⚫ 消耗内存更少
⚫ 效率更高
队列是个公开的资源，任何任务、 ISR 都可以使用它：可以存入数据、取出数据。
而本节程序中，发送任务只能给指定的任务发送通知，目标明确；接收任务只能从自己
的通知值中得到数据，来源明确。
注意：任务通知值只有一个，数据可能丢失，设计程序时要考虑这点