FreeRTOS中的任務調度

背景介紹

FreeRTOS是一種輕量級的實時操作系統，被廣泛應用于嵌入式系統中。它提供了多任務管理功能，包括任務創建、任務調度和任務切換。FreeRTOS的調度器根據任務的優先級和狀態自動調度任務，確保系統資源的有效利用和實時性。

在M4處理器上，FreeRTOS能夠實現任務間的自動調度。調度器采用基于優先級的搶占式調度算法，確保系統總是運行最高優先級且處于就緒狀態的任務。如果有多個任務具有相同的優先級，調度器會采用時間片輪轉的方法在這些任務之間切換。

主動調度

盡管FreeRTOS的調度器通常會自動管理任務的調度，但有時我們需要手動干預任務調度。這可以通過以下幾種方式實現：

1. 任務切換

通過調用任務切換函數，可以強制調度器立即進行任務切換。

taskYIELD();  // 手動觸發任務切換

2. 優先級調整

通過調整任務的優先級，可以影響調度器的行為，立即切換到新的最高優先級任務。

vTaskPrioritySet(xTaskHandle, uxNewPriority);  // 改變任務優先級

3. 任務通知

通過任務通知機制，可以實現任務之間的同步和通信，從而影響調度器的行為。

xTaskNotifyGive(xTaskHandle);  // 通知任務

4. 中斷服務例程（ISR）中的調度

在中斷服務例程中，可以通過設置上下文切換請求標志來強制任務調度。

portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);  // 在ISR中觸發任務調度

示例代碼

以下是一些示例代碼，展示如何通過上述方法主動調度任務。

任務切換

void vTask1(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務代碼taskYIELD();  // 主動觸發任務切換}
}void vTask2(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務代碼}
}

優先級調整

void vTask1(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務代碼vTaskPrioritySet(NULL, uxNewPriority);  // 改變自身優先級}
}void vTask2(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務代碼}
}

任務通知

void vTask1(void *pvParameters) {for(;;) {// 等待通知ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY);// 被通知后繼續執行}
}void vTask2(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務代碼xTaskNotifyGive(xTask1Handle);  // 通知任務1}
}

中斷服務例程中的調度

void vISRHandler(void) {BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;// 處理中斷// ...// 觸發任務調度portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

優先級說明

在FreeRTOS中，優先級的值越大，優先級越高。FreeRTOS使用整數值來表示任務的優先級，值越大表示優先級越高。任務的優先級決定了調度器選擇哪個任務來運行。當有多個任務處于就緒狀態時，調度器會選擇優先級最高的任務來運行。

示例說明
例如，如果你創建了三個任務，并設置它們的優先級如下：

• 任務A：優先級為1
• 任務B：優先級為2
• 任務C：優先級為3

在這種情況下，任務C的優先級最高，因此調度器會首先運行任務C。如果任務C阻塞或進入等待狀態，調度器會選擇下一個優先級最高的任務，即任務B來運行。

創建任務時設置優先級
在創建任務時，你可以通過uxPriority參數來設置任務的優先級。以下是一個示例代碼：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"void vTaskA(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務A的代碼}
}void vTaskB(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務B的代碼}
}void vTaskC(void *pvParameters) {for(;;) {// 任務C的代碼}
}int main(void) {// 創建任務A，優先級為1xTaskCreate(vTaskA, "Task A", 1000, NULL, 1, NULL);// 創建任務B，優先級為2xTaskCreate(vTaskB, "Task B", 1000, NULL, 2, NULL);// 創建任務C，優先級為3xTaskCreate(vTaskC, "Task C", 1000, NULL, 3, NULL);// 啟動調度器vTaskStartScheduler();// 由于調度器已經啟動，通常不會運行到這里for(;;);
}