Freertos系列（调度机制与创建任务）

如果不想看的可以直接使用git把我的代码下载出来，里面工程挺全的，后期会慢慢的补注释之类的

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Git入门教程-CSDN博客

一调度机制

1.1 任务调度介绍

在创建任务之前，我们先熟悉下调度机制

在freertos中，我们一般使用的就是抢占式+时间片

在不同优先级的情况下：默认为抢占式，就是谁优先级高，优先级高的任务进入就绪态后可以直接执行。

相同优先级下：使用时间片调度，在时间片调度下每个任务会固定执行一个时间片

携程式调度：这个官方自己不更新了，并且不管是什么优先级的任务，如果任务不释放CPU任务就会一直继续运行。所以我感觉没那么方便控制，这边就不写了，有兴趣了的可以自己去试试。

1.1.1 抢占式调度

抢占式调度，需要任务在不同优先级下才能体现出来。

1 高优先级会先执行 2高优先级任务不停止，低优先级任务就不会执行 3被抢占的任务会进入就绪态（什么是就绪态后面会写，可以直接跳目录到任务状态那里去）

这里有个示例：如大家可以看看上面的图。

这边我们写个代码测试一下：（先看看效果，具体实现后续代码会细讲）


/* START_TASK 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );/* TASK2 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#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();               /* 进入临界区 */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();                /* 退出临界区 */
}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++){}}
}

这里我们使用xTaskCreate() 创建了3个任务，参数看不懂没关系，后面会细讲，先了解下调度机制和任务状态

分别是一个启动任务：这个启动任务在去创建了两个任务，创建完成之后删除自身，防止任务被重复创建

两个任务：

task1：优先级为2 打印一个task 1 ，之后释放CPU500ms

taskENTER_CRITICAL(); /* 进入临界区 */

taskEXIT_CRITICAL(); /* 退出临界区 */

这两个函数是防止创建任务之后任务直接被启动，比如task1创建之后，不管后面的task2优先级有多高，task都会先运行一下，直到task2创建完成，抢占他的cpu，我们等会也会对其关闭测试。

1 高优先级任务不释放CPU（开启临界区了的）

这个就是我们上面的代码跑出来的结果，抢占式调度：高优先级的任务如果不释放CPU那么低优先级的任务永远也执行不了

2 高优先级的任务不释放CPU（关闭临界区了的）

void start_task( void * pvParameters )
{//taskENTER_CRITICAL();               /* 进入临界区 */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();                /* 退出临界区 */
}

我们上面屏蔽临界区代码之后产生的效果，如上所说，不管优先级怎么样，在task2创建出来之前task1会直接执行。

3 高优先级任务加入CPU释放（开启临界区了的）

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

可以明显的看见，我们这里task2运行之后释放掉了CPU，之后task运行。

4 高优先级任务不释放cpu（开启临界区了的）

这里大家根据1.1.1的抢占式调度的任务图，大家觉得会怎么样？是task1一直运行，还是说task进入就绪态后直接抢占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));}
}

这里很明显，在task2执行完成后，释放掉cpu，这时候task1运行，结论就是低优先级的就算不释放cpu高优先级的一样占用。在经过500ms之后，task2又进入了就绪态，直接抢占了task1，这时候task1的for循环都还没有执行完，等task1的for循环执行完成后，又能执行打印task1了。

这个就是抢占式调度的测试了。

1.1.2 时间片调度

同等优先级的任务会轮流使用CPU（一般是1个时间片）

task1 task2 task3只使用一个时间片，如果task1第一次只使用了0.1个时间片，第二次并不会给他补0.9（这样做会让cpu等待的时间累积的越来越多，很不合理）

这里我们可以再次测试

首先将优先级改为一致

/* TASK1 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );/* TASK2 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK2_PRIO         2
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );

之后测试：

1.不释放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));}
}

这里会怎么样呢？我的一个时间片是1ms，先运行task1之后，这里会一直循环打印task1，在运行1ms之后，运行task2

这里可以看见，时间戳都给我干卡死了，并且已经全乱码了，在一个时间片来回切换串口资源导致串口已经乱掉了。

2 释放CPU

这里释放了1ms cpu但是还是肉眼可见的乱码了

之后直接释放了10个时间片打印才正常（这里就引出了一个问题，过快的访问外设资源导致的乱码问题，这种时候我们需要添加一个互斥锁这个后面互斥锁章节说）

这里两种调度模式就说完了，时间片调度就是这个效果了，如果不释放cpu就是1ms内循环执行（这里上面的任务图说的是1ms内没执行完就丢掉，但是我们这里是在一个while循环中，并不会说执行完就完了，所以就会循环执行）

1.2 任务状态

1.2.1 任务状态转换图介绍

在freertos中任务有四种状态：挂起、就绪、运行、阻塞

所有状态想进入运行态都需要先进入就绪态

挂起态：运行态的时候或者就绪态的时候调用函数vtasksuspend

就绪态：cpu释放的时间到了（阻塞态的时间结束了），就会进入就绪态。挂起态直接使用函数也能进入就绪态

阻塞态：就是上面的vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));这种类型的函数

运行态：就绪态列表的第一个任务就会进入运行态（会按优先级排序）

二创建任务的函数与整体框架

2.1 整体框架

2.1.1main函数

main函数：单片机最先进入的c语言部分

int main(void)
{	//LCD 初始化ILI9341_Init ();         /* USART config */USART_Config();  //其中0、3、5、6 模式适合从左至右显示文字，//不推荐使用其它模式显示文字	其它模式显示文字会有镜像效果			//其中 6 模式为大部分液晶例程的默认显示方向  ILI9341_GramScan ( 6 );freertos_demo();
}

这里有个freertos_demo函数，就是创建任务的函数，上面的这些都是外设初始化，其实这些外设初始化也可以使用一个单独的函数来初始化，但是需要注意各个外设的开启·时间，防止硬件不执行。

2.1.2 freertos_demo函数

freertos_demo函数内容一个创建任务函数和启动任务调度器

启动任务调度器必须在所有初始化工作（如硬件初始化、任务创建、信号量创建等）完成后调用，且整个系统中只能调用一次。这个start_task就是一个典型的启动任务了。里面包含所有任务，在创建完任务后，就执行任务调度器即可。

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函数

start_task：创建所有的任务，方便统一管理

start_task 是典型的 “启动任务”（或叫初始化任务），它的唯一职责是：

集中创建其他业务任务（如 task1、task2）。
完成初始化后立即删除自己，释放系统资源（栈空间、任务控制块等）。

void start_task( void * pvParameters )
{taskENTER_CRITICAL();               /* 进入临界区 */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();                /* 退出临界区 */
}

2.1.4 task函数

task：具体任务的处理，你需要处理数据在其内部处理即可

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));}
}

这里就是整个代码的大概框架了

2.2 本章使用到的函数讲解

2.2.1 动态创建任务函数

xTaskCreate：函数原型如下

动态与静态的区别：

动态：任务的任务控制块以及任务的栈空间所需的内存，均由 FreeRTOS 从 FreeRTOS 管理的堆中分配

静态：任务的任务控制块以及任务的栈空间所需的内存，需用户分配提供

这里来说一下函数原型需要传入的参数：PS文章为使用讲解哈，不涉及函数的实现，这个可以在后面的系统设计讲解

1 pxTaskCode 指向任务函数的指针

就是把你函数的名字传进去即可

2 pcName

给任务起一个名称，主要用于调试和可视化分析。这个名称可以帮助开发者在调试过程中，通过调试工具（如 FreeRTOS 的可视化调试插件）快速识别不同的任务

3 uxStackDepth

指定任务栈的大小：单位是字，不是字节写128的话就是128 * 4 字节

4 pvParameters

用于向任务函数传递参数。当任务函数需要接收外部数据时，可以通过这个参数传入：我们这里没有传入东西，还有后面用到的时候理解

5 uxPriority

优先级：越大越高理论上软件可以开任意优先级数量，但是由于硬件等限制，在配置文件中一般都写的32

6 pxCreatedTask

是一个指向任务句柄的指针。用于获取新创建任务的句柄。任务句柄是任务的唯一标识，通过任务句柄可以在运行时对任务进行管理，比如挂起、恢复、删除任务等操作。

类型定义为TaskHandle_t即可

2.2.2 vTaskDelete()函数

就是删除任务：传入句柄即可，本文使用：创建完task1和taks2后删除start任务，如果是删除自身，函数内田NULL即可删除自己，如果是在自己函数内需要删除其他任务，就需要填写对应的句柄，句柄保存了任务的内存地址。

2.2.3 vTaskStartScheduler()函数

启动任务调度器函数

2.2.4 临界区函数

taskENTER_CRITICAL(); /* 进入临界区 */

taskEXIT_CRITICAL(); /* 退出临界区 */

进入临界区后会停止调度，这时候低优先级的任务就算先创建了也不会先运行了。

三附上本文代码（同步上传gitee了）

不想下载的可以直接复制

#include "FreeDome.h"/* START_TASK 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );/* TASK1 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );/* TASK2 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK2_PRIO         2
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );// 全局共享常量（所有任务共用）
#define CHAR_WIDTH     WIDTH_CH_CHAR  // 中文字符宽度
#define SCREEN_WIDTH   LCD_X_LENGTH   // 屏幕宽度
#define FONT_HEIGHT    LCD_GetFont()->Height  // 字体高度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();               /* 进入临界区 */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();                /* 退出临界区 */
}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 模式适合从左至右显示文字，//不推荐使用其它模式显示文字	其它模式显示文字会有镜像效果			//其中 6 模式为大部分液晶例程的默认显示方向  ILI9341_GramScan ( 6 );freertos_demo();
}