FreeRTOS任务调度深入详解：从0到1的入门指南

人工智能

2023-12-12 04:36:29

FreeRTOS任务调度机制：理解嵌入式系统任务执行的核心

在嵌入式系统开发中，FreeRTOS 是一个广受欢迎的轻量级实时内核，它凭借出色的任务调度能力脱颖而出。任务是 FreeRTOS 中执行的最小单位，而调度器则负责管理任务的执行。掌握任务调度机制是驾驭 FreeRTOS 编程的关键。

任务调度简介

FreeRTOS 中的任务协同运作，调度器根据每个任务的优先级分配 CPU 时间。优先级较高的任务享有优先执行权。

优先级调度： FreeRTOS 采用优先级调度算法，将任务划分为不同的优先级等级。任务优先级范围为 0 到 configMAX_PRIORITIES-1，数字越小，优先级越高。

抢占式调度： FreeRTOS 采用抢占式调度算法，允许高优先级任务随时抢占低优先级任务。抢占发生在任务上下文切换时。

上下文切换： 当一个任务被高优先级任务抢占时，就会发生上下文切换。这涉及保存当前任务的状态（如寄存器和栈指针）并加载新任务的状态。

任务创建

要创建任务，我们需要调用 xTaskCreate() 函数，它接收以下参数：

TaskFunction_t pvTaskCode： 任务函数指针
const char * const pcName： 任务名称
configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth： 任务堆栈大小（以字为单位）
*void pvParameters： 传递给任务函数的参数
UBaseType_t uxPriority： 任务优先级
*TaskHandle_t pxCreatedTask： 存储创建的任务句柄的可选参数

任务管理

任务创建后，我们可以使用以下函数进行管理：

vTaskSuspend(TaskHandle_t xTask)： 挂起任务
vTaskResume(TaskHandle_t xTask)： 恢复挂起的任务
vTaskDelete(TaskHandle_t xTask)： 删除任务

任务同步

为了在多任务环境中协调任务执行，FreeRTOS 提供了多种同步机制：

二进制信号量： 通知任务事件发生
互斥锁： 保护临界区，防止多个任务同时访问
队列： 在任务之间发送和接收数据

代码示例

以下代码示例演示了任务的创建和管理：

void vTask1(void *pvParameters) {
  // 任务 1 的代码
}

void vTask2(void *pvParameters) {
  // 任务 2 的代码
}

int main() {
  xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1024, NULL, 1, NULL);
  xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1024, NULL, 2, NULL);
  vTaskStartScheduler();

  return 0;
}