任务管理

3.1任务的概念

对于整个单片机程序，我们称之为application，应用程序。 1

使用FreeRTOS时，我们可以在application中创建多个任务(task)，有些文档把任务也称为线程(thread)。

3.2 任务创建与删除

3.2.1 什么是任务

在FreeRTOS中，任务就是一个函数，原型如下：

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void ATaskFunction( void *pvParameters );

要注意以下几点：

1. 这个函数不能返回
2. 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
3. 函数内部，尽量使用局部变量
4. 每个任务都有自己的栈
5. 每个任务运行这个函数时
6. 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
7. 不同任务的局部变量，有自己的副本
8. 函数使用全局变量、静态变量的话
9. 只有一个副本：多个任务使用的是同一个副本
10. 要防止冲突(后续会讲)

下面是一个示例：

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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 lVariableExample = 0;
	
    /* 任务函数通常实现为一个无限循环 */
	for( ;; )
	{
		/* 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 */
}

3.2.2 创建任务

创建任务时使用的函数如下：

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BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode, // 函数指针, 任务函数
                        const char * const pcName, // 任务的名字
                        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
                        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

参数说明：

*在已经内置FreeRTOS的系统中，无需启用调度器，直接在需要的位置创建任务即可

3.2.4 任务的删除

删除任务时使用的函数如下：

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void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );

参数说明：

3.3任务优先级和系统Tick

3.3.1 任务优先级

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。

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

3.3.2 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。

有了Tick的概念后，我们就可以使用Tick来衡量时间了，比如：

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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。

使用vTaskDelay函数时，建议以ms为单位，使用pdMS_TO_TICKS把时间转换为Tick。

这样的代码就与configTICK_RATE_HZ无关，即使配置项configTICK_RATE_HZ改变了，我们也不用去修改代码。

3.3.4 修改优先级

使用uxTaskPriorityGet来获得任务的优先级：

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UBaseType_t uxTaskPriorityGet( const TaskHandle_t xTask );

使用参数xTask来指定任务，设置为NULL表示获取自己的优先级。

使用vTaskPrioritySet 来设置任务的优先级：

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void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask,
                       UBaseType_t uxNewPriority );

使用参数xTask来指定任务，设置为NULL表示设置自己的优先级；
参数uxNewPriority表示新的优先级，取值范围是0~(configMAX_PRIORITIES – 1)。

3.4 任务状态

以前我们很简单地把任务的状态分为2中：运行(Runing)、非运行(Not Running)。

对于非运行的状态，还可以继续细分：

• 阻塞状态(Blocked)
• 暂停状态(Suspended)
• 就绪状态(Ready)

3.4.1 阻塞状态(Blocked)

在实际产品中，我们不会让一个任务一直运行，而是使用”事件驱动”的方法让它运行：

• 任务要等待某个事件，事件发生后它才能运行
• 在等待事件过程中，它不消耗CPU资源
• 在等待事件的过程中，这个任务就处于阻塞状态(Blocked)

在阻塞状态的任务，它可以等待两种类型的事件：

• 时间相关的事件
  • 可以等待一段时间：我等2分钟
  • 也可以一直等待，直到某个绝对时间：我等到下午3点
• 同步事件：这事件由别的任务，或者是中断程序产生
  • 例子1：任务A等待任务B给它发送数据
  • 例子2：任务A等待用户按下按键
  • 同步事件的来源有很多(这些概念在后面会细讲)：
    • 队列(queue)
    • 二进制信号量(binary semaphores)
    • 计数信号量(counting semaphores)
    • 互斥量(mutexes)
    • 递归互斥量、递归锁(recursive mutexes)
    • 事件组(event groups)
    • 任务通知(task notifications)

在等待一个同步事件时，可以加上超时时间。比如等待队里数据，超时时间设为10ms：

10ms之内有数据到来：成功返回
10ms到了，还是没有数据：超时返回

3.4.2 暂停状态(Suspended)

FreeRTOS中的任务可以进入暂停状态，唯一的方法是通过vTaskSuspend函数。函数原型如下：

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void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend );

参数xTaskToSuspend表示要暂停的任务，如果为NULL，表示暂停自己。

要退出暂停状态，只能由别人来操作：

别的任务调用：vTaskResume
中断程序调用：xTaskResumeFromISR
实际开发中，暂停状态用得不多。

3.4.3 就绪状态(Ready)

这个任务完全准备好了，随时可以运行：只是还轮不到它。这时，它就处于就绪态(Ready)。

3.4.4 完整的状态转换图

3.5 Delay函数

3.5.1 两个Delay函数

有两个Delay函数：

• vTaskDelay：至少等待指定个数的Tick Interrupt才能变为就绪状态
• vTaskDelayUntil：等待到指定的绝对时刻，才能变为就绪态。

这2个函数原型如下：

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void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay ); /* xTicksToDelay: 等待多少给Tick */

/* pxPreviousWakeTime: 上一次被唤醒的时间
* xTimeIncrement: 要阻塞到(pxPreviousWakeTime + xTimeIncrement)
* 单位都是Tick Count
*/
BaseType_t xTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime,
                            const TickType_t xTimeIncrement );

• 使用vTaskDelay(n)时，进入、退出vTaskDelay的时间间隔至少是n个Tick中断
• 使用xTaskDelayUntil(&Pre, n)时，前后两次退出xTaskDelayUntil的时间至少是n个Tick中断退出xTaskDelayUntil时任务就进入的就绪状态，一般都能得到执行机会所以可以使用xTaskDelayUntil来让任务周期性地运行

3.6 空闲钩子任务

3.7 调度算法

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