【Freertos基础教程】任务管理之基本使用

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前言

本freertos是以stm32系列为操作的

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、freertos任务管理是什么？

当我们编写一个程序时，通常会有多个任务需要同时执行，比如说检测传感器数据、控制执行器、处理用户输入等等。而FreeRTOS就是一个帮助我们管理这些任务的工具。

任务管理就像是一个调度员，它知道每个任务应该在什么时候执行。它可以创建任务，就像给每个人分配一个工作一样。创建一个任务就相当于告诉系统：“嘿，我有一个任务需要完成，它需要做什么事情，有多重要，还有执行的顺序。”

而任务之间可能也会有一些协作和通信的需求，比如一个任务需要等待另一个任务完成某个操作才能继续执行。FreeRTOS也提供了一些机制，让任务之间可以方便地共享数据、同步操作。

任务管理还可以通过设置任务的优先级，告诉系统哪个任务更重要。例如，一个任务负责处理实时的数据，另一个任务负责打印日志，我们可以设置实时数据任务的优先级更高，这样它就会优先执行。同时，我们还可以暂停或恢复任务的执行，例如当不需要某个任务运行时，可以将其暂停，待需要时再恢复。

总而言之，FreeRTOS的任务管理帮助我们组织、调度和控制多个任务的执行，让我们的程序能够并发地运行，提高效率和可靠性。通过合理设置任务的创建、优先级、通信和同步，我们可以构建出更加复杂和功能强大的嵌入式系统。

二、任务管理涉及到的一些概念

以日常生活为例，比如这个母亲要同时做两件事：
喂饭：这是一个任务
回信息：这是另一个任务

1.任务状态

当前正在喂饭，它是running状态；另一个"回信息"的任务就是"not running"状态
"not running"状态还可以细分：
ready：就绪，随时可以运行
blocked：阻塞，卡住了，母亲在等待同事回信息
suspended：挂起，同事废话太多，不管他了

2.优先级

我工作生活兼顾：喂饭、回信息优先级一样，轮流做
我忙里偷闲：还有空闲任务，休息一下
厨房着火了，什么都别说了，先灭火：优先级更高

3.栈(Stack)

喂小孩时，我要记得上一口喂了米饭，这口要喂青菜了
回信息时，我要记得刚才聊的是啥
做不同的任务，这些细节不一样
对于人来说，当然是记在脑子里
对于程序，是记在栈里
每个任务有自己的栈

4.事件驱动

孩子吃饭太慢：先休息一会，等他咽下去了、等他提醒我了，再喂下一口

5.协助式调度(Co-operative Scheduling)

你在给同事回信息
同事说：好了，你先去给小孩喂一口饭吧，你才能离开
同事不放你走，即使孩子哭了你也不能走
你好不容易可以给孩子喂饭了
孩子说：好了，妈妈你去处理一下工作吧，你才能离开
孩子不放你走，即使同事连发信息你也不能走

二、任务的基本操作

1.创建任务

什么是任务

在FreeRTOS中，任务就是一个函数，原型如下：

void ATaskFunction( void *pvParameters );

要注意的是：
这个函数不能返回
同一个函数，可以用来创建多个任务；换句话说，多个任务可以运行同一个函数
函数内部，尽量使用局部变量：
每个任务都有自己的栈
每个任务运行这个函数时
任务A的局部变量放在任务A的栈里、任务B的局部变量放在任务B的栈里
不同任务的局部变量，有自己的副本
函数使用全局变量、静态变量的话
只有一个副本：多个任务使用的是同一个副本
要防止冲突(后续会讲)

下面是一个示例：

void ATaskFunction( void *pvParameters )
{/* 对于不同的任务，局部变量放在任务的栈里，有各自的副本 */int32_t var = 0;/* 任务函数通常实现为一个无限循环 */while(1){/* 任务的代码 */}/* 如果程序从循环中退出，一定要使用vTaskDelete删除自己* NULL表示删除的是自己*/vTaskDelete( NULL );/* 程序不会执行到这里, 如果执行到这里就出错了 */
}

2.创建任务

创建任务时使用的函数如下：

BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode, // 函数指针, 任务函数
const char * const pcName, // 任务的名字:不会影响什么，但是尽量不要重名
const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, // 栈大小,单位为word,10表示40字节
void * const pvParameters, // 调用任务函数时传入的参数:他会他函数参数里面得到
UBaseType_t uxPriority, // 优先级
TaskHandle_t * const pxCreatedTask ); // 任务句柄, 以后使用
它来操作这个任务

void * const pvParameters他会他函数参数里面得到

在这个函数里面，参数void * const pvParameters、TaskHandle_t * const pxCreatedTask可以不填

参数具体说明：
pvTaskCode 函数指针，可以简单地认为任务就是一个C函数。
它稍微特殊一点：永远不退出，或者退出时要调用"vTaskDelete(NULL)"

pcName
任务的名字，FreeRTOS内部不使用它，仅仅起调试作用。
长度为：configMAX_TASK_NAME_LEN

usStackDepth
每个任务都有自己的栈，这里指定栈大小。
单位是word，比如传入100，表示栈大小为100 word，也就是400字节。
最大值为uint16_t的最大值。
怎么确定栈的大小，并不容易，很多时候是估计。
精确的办法是看反汇编码。

pvParameters 调用pvTaskCode函数指针时用到：pvTaskCode(pvParameters)
uxPriority
优先级范围：0~(configMAX_PRIORITIES – 1)
数值越小优先级越低，
如果传入过大的值，xTaskCreate会把它调整为(configMAX_PRIORITIES – 1)

pxCreatedTask
用来保存xTaskCreate的输出结果：task handle。
以后如果想操作这个任务，比如修改它的优先级，就需要这个handle。
如果不想使用该handle，可以传入NULL。

返回值
成功：pdPASS；
失败：errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY(失败原因只有内存
不足)
注意：文档里都说失败时返回值是pdFAIL，这不对。
pdFAIL是0，errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY是-1。

3.任务的删除

void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete )使用这个函数即可删除一个任务。
如果是NULL则删除自己

4.任务的调度

vTaskStartScheduler()使用他开启任务调度：必须要有这个，freertos才知道你创建了任务需要我来调用了

3.简单示例

在任务中，我们需要使用vTaskDelay进行延时
参数可以直接填数字，但我建议填pdMS_TO_TICKS(延时数)比较好,因为他是freertos自带的宏
vTaskStartScheduler()使用他开启任务调度：必须要有这个，freertos才知道你创建了任务需要我来调用了

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);
}
uint32_t count = 0;
TaskHandle_t mytaskHandle;void TaskTest(void)
{xTaskCreate(Task,"MyTask",50,&count,1,&mytaskHandle);vTaskStartScheduler();//任务调度，必须要有这个，freertos才知道你创建了任务需要我来调用了
}

调用运行后就会在串口看到打印的消息了，如下：

除了使用串口来观察，也可以使用HAL_GPIO_TogglePin来观测灯或者其他的一些模块来看到我们的任务效果

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。