【Freertos基础入门】freertos任务的优先级

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前言

本系列基于stm32系列单片机来使用freerots

任务管理是实时操作系统（RTOS）的核心功能之一，它允许开发者以并发的方式组织和管理多个任务。FreeRTOS 是一个流行的开源RTOS，它提供了强大的任务管理功能，让开发者能够轻松创建和控制任务。本文将介绍 FreeRTOS 的任务管理功能，包括任务的创建、删除、挂起、恢复和优先级控制等方面的内容。

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一、任务优先级

想象一下你在等候一个重要电话，同时又有其他事情要处理，比如看电视、吃饭或打扫房间。这时候，你可能会根据电话的重要性来决定优先处理的事情。

在计算机中，“优先级”是用来决定任务执行顺序的一个指标。就像你有很多事情要做，计算机也有很多任务要处理，比如读取数据、计算、响应用户操作等等。但是，由于计算机资源有限，它不可能同时处理所有任务。于是，我们可以将任务设置优先级，告诉计算机哪些任务更重要或更紧急。

比如说，你有两个任务，一个是检测火灾的传感器，另一个是播放音乐的任务。显然，当火灾传感器检测到火情时，它的任务优先级应该更高，因为这是一个紧急的情况，需要立即处理。而播放音乐的任务优先级相对较低，它不是那么紧急，可以稍后再处理。

通过设置任务的优先级，计算机可以根据任务的重要性来分配处理时间。高优先级的任务会被优先执行，确保重要任务能够及时完成。而低优先级的任务则会在高优先级任务得到处理之后再执行，以避免重要任务被延迟。

总之，优先级就是一种设置任务相对重要性的方式，让计算机可以根据任务的优先级来合理地分配处理时间，确保重要任务得到优先处理。

优先级的取值范围是：0~(configMAX_PRIORITIES – 1)，数值越大优先级越高。
FreeRTOS的调度器可以使用2种方法来快速找出优先级最高的、可以运行的任务。使用不同的方法时，
configMAX_PRIORITIES 的取值有所不同。
通用方法
使用C函数实现，对所有的架构都是同样的代码。对configMAX_PRIORITIES的取值没有限制。但
是configMAX_PRIORITIES的取值还是尽量小，因为取值越大越浪费内存，也浪费时间。
configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION被定义为0、或者未定义时，使用此方法。
架构相关的优化的方法
架构相关的汇编指令，可以从一个32位的数里快速地找出为1的最高位。使用这些指令，可以快速
找出优先级最高的、可以运行的任务。
使用这种方法时，configMAX_PRIORITIES的取值不能超过32。
configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION被定义为1时，使用此方法。

在学习调度方法之前，你只要初略地知道：
FreeRTOS会确保最高优先级的、可运行的任务，马上就能执行
对于相同优先级的、可运行的任务，轮流执行

这无需记忆，就像我们举的例子：
厨房着火了，当然优先灭火
喂饭、回复信息同样重要，轮流做。

1.Tick

对于同优先级的任务，它们“轮流”执行。怎么轮流？你执行一会，我执行一会。
"一会"怎么定义？
人有心跳，心跳间隔基本恒定。
FreeRTOS中也有心跳，它使用定时器产生固定间隔的中断。这叫Tick、滴答，比如每10ms发生一次时
钟中断。
如下图：
假设t1、t2、t3发生时钟中断
两次中断之间的时间被称为时间片(time slice、tick period)
时间片的长度由configTICK_RATE_HZ 决定，假设configTICK_RATE_HZ为100，那么时间片长度就
是10ms

相同优先级的任务怎么切换呢？请看下图：
任务2从t1执行到t2
在t2发生tick中断，进入tick中断处理函数：
选择下一个要运行的任务
执行完中断处理函数后，切换到新的任务：任务1
任务1从t2执行到t3
从图中可以看出，任务运行的时间并不是严格从t1,t2,t3哪里开始。

有了Tick的概念后，我们就可以使用Tick来衡量时间了，比如：

vTaskDelay(2); // 等待2个Tick，假设configTICK_RATE_HZ=100, Tick周期时10ms, 等待20ms
// 还可以使用pdMS_TO_TICKS宏把ms转换为tick
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); // 等待100ms

注意，基于Tick实现的延时并不精确，比如 vTaskDelay(2) 的本意是延迟2个Tick周期，有可能经过1个
Tick多一点就返回了。
注意，基于Tick实现的延时并不精确，比如 vTaskDelay(2) 的本意是延迟2个Tick周期，有可能经过1个
Tick多一点就返回了。

我们可以写出下面的示例代码：

void Task(void *p)
{int32_t *i = (int*)p;while(1){printf("Count:%d\r\n",*i);(*i)++;vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}vTaskDelete(NULL);
}void Task2(void *p)
{while(1){}vTaskDelete(NULL);
}uint32_t count = 0;
TaskHandle_t mytaskHandle;void TaskTest(void)
{xTaskCreate(Task,"MyTask",50,&count,1,&mytaskHandle);xTaskCreate(Task2,"MyTask2",50,&count,3,&mytaskHandle);vTaskStartScheduler();}

MyTask2的优先级高于MyTask，所以会先执行MyTask2，当他执行MyTask2时，没有延时，他就会一直执行，因为没有比他更高优先级的任务了，只有他延时了，才会执行优先级更低的任务，而这里并没有，所以MyTask会一直不执行，就像下面这样，没有任何打印：

所以我们尽量在任务中延时一下，以便其他任务的执行。

2.修改任务优先级

使用uxTaskPriorityGet来获得任务的优先级：

UBaseType_t uxTaskPriorityGet( const TaskHandle_t xTask );//参数为任务句柄

使用vTaskPrioritySet 来设置任务的优先级：

void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask,
UBaseType_t uxNewPriority );//参数1：任务句柄，参数2：新的优先级

根据上面的函数分析可得下面的代码：
通过按键更改优先级，在这里我直接用定义好的函数检测：if(key_scan(0) == KEY0_PRES)
如果大家想自己写也可以的！

uint32_t count = 0;
TaskHandle_t mytaskHandle;
TaskHandle_t mytaskHandle2;
void Task(void *p)
{int32_t *i = (int*)p;while(1){printf("Count:%d\r\n",*i);(*i)++;vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}vTaskDelete(NULL);
}void Task2(void *p)
{uint8_t Priority = 1;while(1){if(key_scan(0) == KEY0_PRES){Priority++;vTaskPrioritySet(mytaskHandle,Priority);}vTaskDelay(20);}vTaskDelete(NULL);
}void TaskTest(void)
{xTaskCreate(Task,"MyTask",50,&count,1,&mytaskHandle);xTaskCreate(Task2,"MyTask2",50,&count,3,&mytaskHandle2);vTaskStartScheduler();
}

实验效果：当我们按下按键0，他的优先级会++，在串口里会看到count的数量打印。

总结

任务管理是 FreeRTOS 提供的一个强大功能，它允许开发者以并发的方式组织和管理多个任务。通过任务的创建、删除、挂起、恢复和优先级控制等操作，开发者可以灵活地控制任务的执行顺序和调度策略，从而实现复杂的系统功能。任务通信与同步机制进一步增强了任务的协同工作能力，使任务之间能够高效地共享数据和协调操作。借助 FreeRTOS 提供的任务管理功能，开发者可以更加方便地构建实时嵌入式系统，并具备可靠性和高效性。

需要注意的是，在使用 FreeRTOS 进行任务管理时，开发者需要注意任务的资源管理、优先级设置和调度策略等方面，以确保系统能够稳定地运行，并满足实时性和响应性的要求。