FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)是什么

這篇文章主要介紹了FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)是什么的相關(guān)知識(shí)，內(nèi)容詳細(xì)易懂，操作簡單快捷，具有一定借鑒價(jià)值，相信大家閱讀完這篇FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)是什么文章都會(huì)有所收獲，下面我們一起來看看吧。

1. 任務(wù)和協(xié)程（Co-routines）

應(yīng)用程序可以使用任務(wù)也可以使用協(xié)程，或者兩者混合使用，但是任務(wù)和協(xié)程使用不同的API函數(shù)，因此在任務(wù)和協(xié)程之間不能使用同一個(gè)隊(duì)列或信號(hào)量傳遞數(shù)據(jù)。

通常情況下，協(xié)程僅用在資源非常少的微處理器中，特別是RAM非常稀缺的情況下。目前協(xié)程很少被使用到，因此對于協(xié)程FreeRTOS作者既沒有把它刪除也沒有進(jìn)一步開發(fā)。

所以本系列文章以后不會(huì)對協(xié)程過多描述，包括其API函數(shù)。

1.1任務(wù)的特性

簡而言之：使用RTOS的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序可認(rèn)為是一系列獨(dú)立任務(wù)的集合。每個(gè)任務(wù)在自己的環(huán)境中運(yùn)行，不依賴于系統(tǒng)中的其它任務(wù)或者RTOS調(diào)度器。在任何時(shí)刻，只有一個(gè)任務(wù)得到運(yùn)行，RTOS調(diào)度器決定運(yùn)行哪個(gè)任務(wù)。調(diào)度器會(huì)不斷的啟動(dòng)、停止每一個(gè)任務(wù)，宏觀看上去就像整個(gè)應(yīng)用程序都在執(zhí)行。作為任務(wù)，不需要對調(diào)度器的活動(dòng)有所了解，在任務(wù)切入切出時(shí)保存上下文環(huán)境（寄存器值、堆棧內(nèi)容）是調(diào)度器主要的職責(zé)。為了實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，每個(gè)任務(wù)都需要有自己的堆棧。當(dāng)任務(wù)切出時(shí)，它的執(zhí)行環(huán)境會(huì)被保存在該任務(wù)的堆棧中，這樣當(dāng)再次運(yùn)行時(shí)，就能從堆棧中正確的恢復(fù)上次的運(yùn)行環(huán)境。

1.2任務(wù)概要

• 簡單

• 沒有使用限制

• 支持完全搶占

• 支持優(yōu)先級

• 每個(gè)任務(wù)都有自己的堆棧，消耗RAM較多

• 如果使用搶占，必須小心的考慮可重入問題

2. 任務(wù)狀態(tài)

一個(gè)任務(wù)可為下面中的一個(gè)：

運(yùn)行：如果一個(gè)任務(wù)正在執(zhí)行，那么說這個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)它占用處理器。

就緒：就緒的任務(wù)已經(jīng)具備執(zhí)行的能力（不同于阻塞和掛起），但是因?yàn)橛幸粋€(gè)同優(yōu)先級或者更高優(yōu)先級的任務(wù)處于運(yùn)行狀態(tài)而還沒有真正執(zhí)行。

阻塞：如果任務(wù)當(dāng)前正在等待某個(gè)時(shí)序或外部中斷，我們就說這個(gè)任務(wù)處于阻塞狀態(tài)。比如一個(gè)任務(wù)調(diào)用vTaskDelay()后會(huì)阻塞到延時(shí)周期到為止。任務(wù)也可能阻塞在隊(duì)列或信號(hào)量事件上。進(jìn)入阻塞狀態(tài)的任務(wù)通常有一個(gè)“超時(shí)”周期，當(dāng)事件超時(shí)后解除阻塞。

掛起：處于掛起狀態(tài)的任務(wù)同樣對調(diào)度器無效。僅當(dāng)明確的分別調(diào)用vTaskSuspend() 和xTaskResume() API函數(shù)后，任務(wù)才會(huì)進(jìn)入或退出掛起狀態(tài)。不可以指定超時(shí)周期事件（不可以通過設(shè)定超時(shí)事件而退出掛起狀態(tài)）

3.任務(wù)優(yōu)先級

每個(gè)任務(wù)都要被指定一個(gè)優(yōu)先級，從0~configMAX_PRIORITIES，configMAX_PRIORITIES定義在FreeRTOSConfig.h中。

如果某架構(gòu)硬件支持CLZ（或類似）指令（計(jì)算前導(dǎo)零的數(shù)目，Cortex-M3是支持該指令的，從ARMv6T2才支持這個(gè)指令），并且打算在移植層使用這個(gè)特性來優(yōu)化任務(wù)調(diào)度機(jī)制，需要有一些步驟，首先將FreeRTOSConfig.h中configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION設(shè)置為1，并且最大優(yōu)先級數(shù)目configMAX_PRIORITIES不能大于32。除此之外，configMAX_PRIORITIES可以設(shè)置為任意值，但是考慮到configMAX_PRIORITIES設(shè)置越大，RAM消耗也越大，一般設(shè)置為滿足使用的最小值。

低優(yōu)先級數(shù)值代表低優(yōu)先級?？臻e任務(wù)（idle task）的優(yōu)先級為0（tskIDLE_PRIORITY）。

FreeRTOS調(diào)度器確保處于最高優(yōu)先級的就緒或運(yùn)行態(tài)任務(wù)獲取處理器，換句話說，處于運(yùn)行狀態(tài)的任務(wù)，只有其中的最高優(yōu)先級任務(wù)才會(huì)運(yùn)行。

任何數(shù)量的任務(wù)可以共享同一個(gè)優(yōu)先級。如果宏configUSE_TIME_SLICING未定義或著宏configUSE_TIME_SLICING定義為1，處于就緒態(tài)的多個(gè)相同優(yōu)先級任務(wù)將會(huì)以時(shí)間片切換的方式共享處理器。

4.實(shí)現(xiàn)一個(gè)任務(wù)

一個(gè)任務(wù)具有以下結(jié)構(gòu)：

void vATaskFunction( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /*-- 應(yīng)用程序代碼放在這里. --*/
    }
    /* 任務(wù)不可以從這個(gè)函數(shù)返回或退出。在較新的FreeRTOS移植包中，如果
    試圖從一個(gè)任務(wù)中返回，將會(huì)調(diào)用configASSERT()（如果定義的話）。
    如果一個(gè)任務(wù)確實(shí)要退出函數(shù)，那么這個(gè)任務(wù)應(yīng)調(diào)用vTaskDelete(NULL)
    函數(shù)，以便處理一些清理工作。*/
    vTaskDelete( NULL );
}

任務(wù)函數(shù)返回為void，參數(shù)只有一個(gè)void類型指針。所有的任務(wù)函數(shù)都應(yīng)該是這樣。void類型指針可以向任務(wù)傳遞任意類型信息。

任務(wù)函數(shù)決不應(yīng)該返回，因此通常任務(wù)函數(shù)都是一個(gè)死循環(huán)。

任務(wù)由xTaskCreate()函數(shù)創(chuàng)建，由vTaskDelete()函數(shù)刪除。

5.空閑任務(wù)和空閑任務(wù)鉤子（idle task和Idle Task hook）

5.1空閑任務(wù)

空閑任務(wù)是啟動(dòng)RTOS調(diào)度器時(shí)由內(nèi)核自動(dòng)創(chuàng)建的任務(wù)，這樣可以確保至少有一個(gè)任務(wù)在運(yùn)行。空閑任務(wù)具有最低任務(wù)優(yōu)先級，這樣如果有其它更高優(yōu)先級的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)就可以立刻讓出CPU。

刪除任務(wù)后，空閑任務(wù)用來釋放RTOS分配給被刪除任務(wù)的內(nèi)存。因此，在應(yīng)用中使用vTaskDelete()函數(shù)后確?？臻e任務(wù)能獲得處理器時(shí)間就很重要了。除此之外，空閑任務(wù)沒有其它有效功能，所以可以被合理的剝奪處理器時(shí)間，并且它的優(yōu)先級也是最低的。

應(yīng)用程序任務(wù)共享空閑任務(wù)優(yōu)先級（tskIDLE_PRIORITY）也是可能的。這種情況如何配置可以參考configIDLE_SHOULE_YIELD配置參數(shù)類獲取更多信息。

5.2空閑任務(wù)鉤子

空閑任務(wù)鉤子是一個(gè)函數(shù)，每一個(gè)空閑任務(wù)周期被調(diào)用一次。如果你想將任務(wù)程序功能運(yùn)行在空閑優(yōu)先級上，可以有兩種選擇：

在一個(gè)空閑任務(wù)鉤子中實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能：因?yàn)镕reeRTOS必須至少有一個(gè)任務(wù)處于就緒或運(yùn)行狀態(tài)，因此鉤子函數(shù)不可以調(diào)用可能引起空閑任務(wù)阻塞的API函數(shù)（比如vTaskDelay()或者帶有超時(shí)事件的隊(duì)列或信號(hào)量函數(shù)）。

創(chuàng)建一個(gè)具有空閑優(yōu)先級的任務(wù)去實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能：這是個(gè)更靈活的解決方案，但是會(huì)帶來更多RAM開銷。

創(chuàng)建一個(gè)空閑鉤子步驟如下：

• 在FreeRTOSConfig.h頭文件中設(shè)置configUSE_IDLE_HOOK為1； 

• 定義一個(gè)函數(shù)，名字和參數(shù)原型如下所示：

void vApplicationIdleHook( void );

通常，使用這個(gè)空閑鉤子函數(shù)設(shè)置CPU進(jìn)入低功耗模式。

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