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：
1 | void ATaskFunction( void *pvParameters ); |
要注意以下几点：
- 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：
1 | void ATaskFunction( void *pvParameters ) |
3.2.2 创建任务
创建任务时使用的函数如下：
1 | BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode, // 函数指针, 任务函数 |
参数说明：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| 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) 可将任务参数通过该指针传入任务函数中 |
| 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。 |
*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：
1 | void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete ); |
参数说明：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| pvTaskCode | 任务句柄，使用xTaskCreate创建任务时可以得到一个句柄。 也可传入NULL，这表示删除自己。 |
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：
1 | vTaskDelay(2); // 等待2个Tick，假设configTICK_RATE_HZ=100, Tick周期时10ms, 等待20ms |
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：
1 | 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：
1 | void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask, |
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：
1 | 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：
1 | void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay ); /* xTicksToDelay: 等待多少给Tick */ |
- 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