Freertos系列（調度機制與創建任務）

如果不想看的可以直接使用git把我的代碼下載出來，里面工程挺全的，后期會慢慢的補注釋之類的

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Git入門教程-CSDN博客

一? 調度機制

1.1 任務調度介紹

在創建任務之前，我們先熟悉下調度機制

在freertos中，我們一般使用的就是搶占式+時間片

在不同優先級的情況下：默認為搶占式，就是誰優先級高，優先級高的任務進入就緒態后可以直接執行。

相同優先級下：使用時間片調度，在時間片調度下每個任務會固定執行一個時間片

攜程式調度：這個官方自己不更新了，并且不管是什么優先級的任務，如果任務不釋放CPU任務就會一直繼續運行。所以我感覺沒那么方便控制，這邊就不寫了，有興趣了的可以自己去試試。

1.1.1 搶占式調度

搶占式調度，需要任務在不同優先級下才能體現出來。

1 高優先級會先執行? ?2高優先級任務不停止，低優先級任務就不會執行? ?3被搶占的任務會進入就緒態（什么是就緒態后面會寫，可以直接跳目錄到任務狀態那里去）

這里有個示例：如大家可以看看上面的圖。

這邊我們寫個代碼測試一下：（先看看效果，具體實現后續代碼會細講）


/* START_TASK 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );/* TASK2 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK2_PRIO         3
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );void freertos_demo(void)
{    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   start_task,(char *                 )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &start_task_handler );vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();               /* 進入臨界區 */xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,(char *                 )   "task1",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task1_handler );xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,(char *                 )   "task2",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task2_handler );								vTaskDelete(NULL);taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出臨界區 */
}void task1( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 1\r\n");vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}
}void task2( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 2\r\n");for(int i=0;i<10000000;i++){}}
}

這里我們使用xTaskCreate() 創建了3個任務，參數看不懂沒關系，后面會細講，先了解下調度機制和任務狀態

分別是一個啟動任務：這個啟動任務在去創建了兩個任務，創建完成之后刪除自身，防止任務被重復創建

兩個任務：

task1：優先級為2? 打印一個task 1 ，之后釋放CPU500ms

?taskENTER_CRITICAL(); ? ? ? ? ? ? ? /* 進入臨界區 */

taskEXIT_CRITICAL(); ? ? ? ? ? ? ? ?/* 退出臨界區 */

這兩個函數是防止創建任務之后任務直接被啟動，比如task1創建之后，不管后面的task2優先級有多高，task都會先運行一下，直到task2創建完成，搶占他的cpu，我們等會也會對其關閉測試。

1 高優先級任務不釋放CPU（開啟臨界區了的）

這個就是我們上面的代碼跑出來的結果，搶占式調度：高優先級的任務如果不釋放CPU那么低優先級的任務永遠也執行不了

2 高優先級的任務不釋放CPU（關閉臨界區了的）

void start_task( void * pvParameters )
{//taskENTER_CRITICAL();               /* 進入臨界區 */xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,(char *                 )   "task1",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task1_handler );xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,(char *                 )   "task2",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task2_handler );								vTaskDelete(NULL);//taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出臨界區 */
}

我們上面屏蔽臨界區代碼之后產生的效果，如上所說，不管優先級怎么樣，在task2創建出來之前task1會直接執行。

3 高優先級任務加入CPU釋放（開啟臨界區了的）

void task2( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 2\r\n");vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}
}

可以明顯的看見，我們這里task2運行之后釋放掉了CPU，之后task運行。

4 高優先級任務不釋放cpu（開啟臨界區了的）

這里大家根據1.1.1的搶占式調度的任務圖，大家覺得會怎么樣？是task1一直運行，還是說task進入就緒態后直接搶占task1？

void task1( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 1\r\n");for(int i=0;i<10000000;i++){}}
}void task2( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 2\r\n");vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}
}

這里很明顯，在task2執行完成后，釋放掉cpu，這時候task1運行，結論就是低優先級的就算不釋放cpu高優先級的一樣占用。在經過500ms之后，task2又進入了就緒態，直接搶占了task1，這時候task1的for循環都還沒有執行完，等task1的for循環執行完成后，又能執行打印task1了。

這個就是搶占式調度的測試了。

1.1.2 時間片調度

同等優先級的任務會輪流使用CPU（一般是1個時間片）

task1 task2 task3只使用一個時間片，如果task1第一次只使用了0.1個時間片，第二次并不會給他補0.9（這樣做會讓cpu等待的時間累積的越來越多，很不合理）

這里我們可以再次測試

首先將優先級改為一致

/* TASK1 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );/* TASK2 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK2_PRIO         2
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );

之后測試：

1.不釋放CPU

void task1( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 1\r\n");//for(int i=0;i<10000000;i++){}//vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}
}void task2( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 2\r\n");//for(int i=0;i<10000000;i++){}//vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}
}

這里會怎么樣呢？我的一個時間片是1ms，先運行task1之后，這里會一直循環打印task1，在運行1ms之后，運行task2

這里可以看見，時間戳都給我干卡死了，并且已經全亂碼了，在一個時間片來回切換串口資源導致串口已經亂掉了。

2 釋放CPU

這里釋放了1ms cpu但是還是肉眼可見的亂碼了

之后直接釋放了10個時間片打印才正常（這里就引出了一個問題，過快的訪問外設資源導致的亂碼問題，這種時候我們需要添加一個互斥鎖這個后面互斥鎖章節說）

這里兩種調度模式就說完了，時間片調度就是這個效果了，如果不釋放cpu就是1ms內循環執行（這里上面的任務圖說的是1ms內沒執行完就丟掉，但是我們這里是在一個while循環中，并不會說執行完就完了，所以就會循環執行）

1.2 任務狀態

1.2.1 任務狀態轉換圖介紹

在freertos中任務有四種狀態：掛起、就緒、運行、阻塞

所有狀態想進入運行態都需要先進入就緒態

掛起態：運行態的時候或者就緒態的時候調用函數vtasksuspend

就緒態：cpu釋放的時間到了（阻塞態的時間結束了），就會進入就緒態。掛起態直接使用函數也能進入就緒態

阻塞態：就是上面的vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));這種類型的函數

運行態：就緒態列表的第一個任務就會進入運行態（會按優先級排序）

二創建任務的函數與整體框架

2.1 整體框架

2.1.1main函數

main函數：單片機最先進入的c語言部分

int main(void)
{	//LCD 初始化ILI9341_Init ();         /* USART config */USART_Config();  //其中0、3、5、6 模式適合從左至右顯示文字，//不推薦使用其它模式顯示文字	其它模式顯示文字會有鏡像效果			//其中 6 模式為大部分液晶例程的默認顯示方向  ILI9341_GramScan ( 6 );freertos_demo();
}

這里有個freertos_demo函數，就是創建任務的函數，上面的這些都是外設初始化，其實這些外設初始化也可以使用一個單獨的函數來初始化，但是需要注意各個外設的開啟·時間，防止硬件不執行。

2.1.2 freertos_demo函數

freertos_demo函數內容一個創建任務函數和啟動任務調度器

啟動任務調度器必須在所有初始化工作（如硬件初始化、任務創建、信號量創建等）完成后調用，且整個系統中只能調用一次。這個start_task就是一個典型的啟動任務了。里面包含所有任務，在創建完任務后，就執行任務調度器即可。

void freertos_demo(void)
{    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   start_task,(char *                 )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &start_task_handler );vTaskStartScheduler();
}

2.1.3?start_task函數

start_task：創建所有的任務，方便統一管理

start_task?是典型的?“啟動任務”（或叫初始化任務），它的唯一職責是：

集中創建其他業務任務（如?task1、task2）。
完成初始化后立即刪除自己，釋放系統資源（棧空間、任務控制塊等）。

void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();               /* 進入臨界區 */xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,(char *                 )   "task1",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task1_handler );xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,(char *                 )   "task2",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task2_handler );								vTaskDelete(NULL);taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出臨界區 */
}

2.1.4 task函數

task：具體任務的處理，你需要處理數據在其內部處理即可

void task1( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 1\r\n");//for(int i=0;i<10000000;i++){}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));}
}void task2( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 2\r\n");//for(int i=0;i<10000000;i++){}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));}
}

這里就是整個代碼的大概框架了

2.2 本章使用到的函數講解

2.2.1 動態創建任務函數

xTaskCreate：函數原型如下

動態與靜態的區別：

動態：任務的任務控制塊以及任務的棧空間所需的內存，均由 FreeRTOS 從 FreeRTOS 管理的堆中分配

靜態：任務的任務控制塊以及任務的棧空間所需的內存，需用戶分配提供

這里來說一下函數原型需要傳入的參數：PS文章為使用講解哈，不涉及函數的實現，這個可以在后面的系統設計講解

1 pxTaskCode?指向任務函數的指針

就是把你函數的名字傳進去即可

2 pcName

給任務起一個名稱，主要用于調試和可視化分析。這個名稱可以幫助開發者在調試過程中，通過調試工具（如 FreeRTOS 的可視化調試插件）快速識別不同的任務

3 uxStackDepth

指定任務棧的大小：單位是字，不是字節寫128的話就是128 * 4?字節

4?pvParameters

用于向任務函數傳遞參數。當任務函數需要接收外部數據時，可以通過這個參數傳入：我們這里沒有傳入東西，還有后面用到的時候理解

5?uxPriority

優先級：越大越高理論上軟件可以開任意優先級數量，但是由于硬件等限制，在配置文件中一般都寫的32

6?pxCreatedTask

是一個指向任務句柄的指針。用于獲取新創建任務的句柄。任務句柄是任務的唯一標識，通過任務句柄可以在運行時對任務進行管理，比如掛起、恢復、刪除任務等操作。

類型定義為TaskHandle_t即可

2.2.2?vTaskDelete()函數

就是刪除任務：傳入句柄即可，本文使用：創建完task1和taks2后刪除start任務，如果是刪除自身，函數內田NULL即可刪除自己，如果是在自己函數內需要刪除其他任務，就需要填寫對應的句柄，句柄保存了任務的內存地址。

2.2.3 vTaskStartScheduler()函數

啟動任務調度器函數

2.2.4 臨界區函數

taskENTER_CRITICAL(); ? ? ? ? ? ? ? /* 進入臨界區 */

taskEXIT_CRITICAL(); ? ? ? ? ? ? ? ?/* 退出臨界區 */

進入臨界區后會停止調度，這時候低優先級的任務就算先創建了也不會先運行了。

三附上本文代碼（同步上傳gitee了）

不想下載的可以直接復制

#include "FreeDome.h"/* START_TASK 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );/* TASK2 任務 配置* 包括: 任務句柄 任務優先級 堆棧大小 創建任務*/
#define TASK2_PRIO         2
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );// 全局共享常量（所有任務共用）
#define CHAR_WIDTH     WIDTH_CH_CHAR  // 中文字符寬度
#define SCREEN_WIDTH   LCD_X_LENGTH   // 屏幕寬度
#define FONT_HEIGHT    LCD_GetFont()->Height  // 字體高度void freertos_demo(void)
{    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   start_task,(char *                 )   "start_task",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   START_TASK_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   START_TASK_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &start_task_handler );vTaskStartScheduler();
}void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();               /* 進入臨界區 */xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,(char *                 )   "task1",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task1_handler );xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,(char *                 )   "task2",(configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,(void *                 )   NULL,(UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,(TaskHandle_t *         )   &task2_handler );								vTaskDelete(NULL);taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出臨界區 */
}void task1( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 1\r\n");//for(int i=0;i<10000000;i++){}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));}
}void task2( void * pvParameters )
{while (1){printf("task 2\r\n");//for(int i=0;i<10000000;i++){}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));}
}

#include "stm32f10x.h"
#include "./usart/bsp_usart.h"	
#include "./lcd/bsp_ili9341_lcd.h"
#include "./flash/bsp_spi_flash.h"
#include "FreeDome.h"int main(void)
{	//LCD 初始化ILI9341_Init ();         /* USART config */USART_Config();  //其中0、3、5、6 模式適合從左至右顯示文字，//不推薦使用其它模式顯示文字	其它模式顯示文字會有鏡像效果			//其中 6 模式為大部分液晶例程的默認顯示方向  ILI9341_GramScan ( 6 );freertos_demo();
}