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【FreeRTOS】任务（TASK）——任务的创建（源码解读）

news 来源：原创 2025/6/23 21:25:23

在FreeRTOS中，任务可以被理解为一个独立运行的函数，它拥有自己的栈空间和程序计数器，可以与其他任务并发执行。每个任务都拥有唯一的优先级，优先级高的任务会优先获得CPU资源。任务(Task) 是系统调度的基本单元，其本质是一个独立的执行线程。
【FreeRTOS】任务（TASK）——定义、切换、管理

一、任务的创建方式

FreeRTOS 提供两种任务创建方式，分别对应不同的内存管理策略：

	动态创建	静态创建
内存分配	由 FreeRTOS 堆动态分配 TCB 和栈空间	用户预先提供 TCB 和栈内存
适用场景	任务数量不确定、内存管理灵活	资源受限、需严格内存控制
优点	简单易用，无需手动管理内存	无堆内存碎片，确定性更高
缺点	容易产生内存碎片	需手动分配内存，灵活性低
配置开关	configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION=1	configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION=1

二、任务创建 API 函数解析

2.1 动态创建函数 xTaskCreate()

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pvTaskCode,       		// 任务函数指针
    const char * const pcName,       		// 任务名称（字符串，用于调试）
    configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, 	// 栈大小（单位：字）
    void *pvParameters,              		// 任务参数（传递给任务函数的 void* 指针）
    UBaseType_t uxPriority,          		// 初始优先级
    TaskHandle_t *pxCreatedTask      		// 任务句柄输出（可设为 NULL）
);

返回值	含义
pdPASS	任务创建成功
errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY	内存不足，创建失败

2.2 静态创建函数 xTaskCreateStatic()

TaskHandle_t xTaskCreateStatic(
    TaskFunction_t pxTaskCode,       		// 任务函数指针
    const char * const pcName,       		// 任务名称
    uint32_t ulStackDepth,           		// 栈大小（单位：字）
    void *pvParameters,           		   	// 任务参数
    UBaseType_t uxPriority,     		   	// 初始优先级
    StackType_t *pxStackBuffer, 		   	// 用户提供的栈内存数组
    StaticTask_t *pxTaskBuffer    		   	// 用户提供的 TCB 内存
);

返回值： 任务句柄（若参数无效返回 NULL）。

三、任务创建函数源码解析

下载源码可从FreeFtos官网直接下载，我下载的是FreeRTOSv202406.01-LTS版本
FreeRTOS™

2.1 动态创建函数 xTaskCreate()

函数原型

/*-----------------------------------------------------------*/

/* 函数定义：xTaskCreate
 * 返回值：BaseType_t（FreeRTOS标准返回类型，成功或错误码）
 * 参数说明见下方详细注释 */
BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,        // 任务函数指针（函数入口）
                        const char * const pcName,        // 任务名称字符串（用于调试）
                        const configSTACK_DEPTH_TYPE uxStackDepth, // 任务堆栈深度（单位：字）
                        void * const pvParameters,        // 传递给任务的参数指针
                        UBaseType_t uxPriority,           // 任务优先级
                        TaskHandle_t * const pxCreatedTask ) // 输出任务句柄
{
    TCB_t * pxNewTCB;       // 定义任务控制块（TCB）指针
    BaseType_t xReturn;     // 函数返回值变量

    /* FreeRTOS调试跟踪宏，记录函数调用信息（需开启configUSE_TRACE_FACILITY） */
    traceENTER_xTaskCreate( pxTaskCode, pcName, uxStackDepth, pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask );

    /* 调用私有函数prvCreateTask，完成TCB和堆栈内存分配、初始化工作 */
    pxNewTCB = prvCreateTask( pxTaskCode,          // 传递任务函数
                              pcName,              // 传递任务名称
                              uxStackDepth,        // 传递堆栈深度
                              pvParameters,        // 传递参数指针
                              uxPriority,          // 传递优先级
                              pxCreatedTask );     // 传递任务句柄指针

    /* 检查TCB是否分配成功 */
    if( pxNewTCB != NULL )  // 内存分配成功
    {
        /* 条件编译：多核CPU亲和性设置（仅当configNUMBER_OF_CORES > 1且启用亲和性时生效） */
        #if ( ( configNUMBER_OF_CORES > 1 ) && ( configUSE_CORE_AFFINITY == 1 ) )
        {
            /* 设置任务的CPU核心亲和性掩码（例如0x01表示仅允许在核心0运行） */
            pxNewTCB->uxCoreAffinityMask = configTASK_DEFAULT_CORE_AFFINITY;
        }
        #endif

        /* 将新任务添加到就绪列表（Ready List），准备被调度 */
        prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB ); 

        xReturn = pdPASS;  // 返回成功标志
    }
    else  // 内存分配失败（TCB或堆栈分配失败）
    {
        xReturn = errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY;  // 返回内存错误码
    }

    /* FreeRTOS调试跟踪宏，记录函数返回信息 */
    traceRETURN_xTaskCreate( xReturn );

    return xReturn;  // 返回函数结果（pdPASS或错误码）
}

/*-----------------------------------------------------------*/

函数执行流程

调试跟踪入口
调用 traceENTER_xTaskCreate，用于调试或跟踪任务创建过程（通常由宏定义实现，可能记录任务创建事件）。
创建任务控制块（TCB）和栈空间
调用 prvCreateTask 函数完成核心工作：
- 内存分配：为任务的 TCB（Task Control Block） 和 栈空间 分配内存。
- 初始化TCB：设置任务函数指针、栈指针、参数、优先级、状态等关键字段。
- 返回TCB指针：成功时返回 pxNewTCB，失败返回 NULL。
多核亲和性设置（条件编译）
如果系统配置为多核（configNUMBER_OF_CORES > 1）且启用核心亲和性（configUSE_CORE_AFFINITY == 1）：
- 设置任务的默认核心亲和性掩码 pxNewTCB->uxCoreAffinityMask（例如 0x01 表示绑定到核心0）。
将任务加入就绪列表
调用 prvAddNewTaskToReadyList(pxNewTCB)：
- 根据优先级将任务插入 就绪列表（Ready List）。
- 如果新任务优先级高于当前运行任务，可能触发上下文切换（需调度器已启动）。
返回值处理
- 成功（pxNewTCB != NULL）：返回 pdPASS。
- 失败（内存不足）：返回 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY。
调试跟踪出口
调用 traceRETURN_xTaskCreate，记录函数返回结果。

关键代码分析

1. `prvCreateTask` 内部逻辑

内存分配：从堆中分配 TCB + 栈空间，若内存不足返回 NULL。
栈初始化：使用 pxPortInitialiseStack 初始化栈帧，模拟任务首次运行的上下文。
任务链表：将新任务的TCB加入任务链表，维护任务状态。

2. 多核亲和性

掩码机制：通过位掩码指定允许运行的核心（例如 0b011 允许核心0和1）。
调度策略：调度器根据亲和性掩码选择合适核心运行任务（需配合调度算法）。

3. 就绪列表管理

优先级排序：任务按优先级排列在就绪列表中，同优先级任务可能采用轮转调度。
调度触发：若新任务优先级高于当前任务，可能触发 portYIELD() 请求上下文切换。

错误处理

内存不足：prvCreateTask 返回 NULL，函数返回 errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY。
栈溢出风险：需合理设置 uxStackDepth，可通过 uxTaskGetStackHighWaterMark 监控栈使用。

使用示例

void vTaskFunction(void *pvParameters) {
    // 任务逻辑
}

TaskHandle_t xHandle;
xTaskCreate(
    vTaskFunction,   // 任务函数
    "Task1",         // 任务名
    128,             // 栈深度（字）
    NULL,            // 参数
    1,               // 优先级
    &xHandle         // 任务句柄
);