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FreeRTOS（中断时间片任务API）

news 2025/7/11 18:36:22

五、FreeRTOS的任务恢复与挂起

5.1 任务挂起与恢复的API函数

5.1.1 任务挂起函数

void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend )

  • xTaskToSuspend：待挂起任务的任务句柄，为NULL表示挂起任务自身。
  • 需将宏INCLUDE_vTaskSuspend配置为 1。
5.1.2 任务恢复函数

void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )

  • INCLUDE_vTaskSuspend必须定义为 1。
  • 不论任务被使用 vTaskSuspend() 挂起多少次，只需调用 vTaskResume() 一次，即可使其继续执行。被恢复的任务会重新进入就绪状态。
5.1.3 任务恢复函数（中断中恢复）

1）函数说明

BaseType_t xTaskResumeFromISR( TaskHandle_t xTaskToResume )

返回值如下：

  • pdTRUE：任务恢复后需要进行任务切换。
  • pdFALSE：任务恢复后不需要进行任务切换。

2）注意事项

  • INCLUDE_vTaskSuspend 和 INCLUDE_xTaskResumeFromISR 必须定义为 1。
  • 在中断服务程序中调用FreeRTOS的API函数时，中断的优先级不能高于FreeRTOS所管理的最高中断优先级。
5.1.4 挂起与恢复调度器
  • vTaskSuspendAll()：挂起任务调度器，调度器不会进行任务切换，当前任务一直运行。
  • xTaskResumeAll()：恢复任务调度器，调度器继续任务切换。
5.1.5 查看任务状态

/* 开启跟踪task信息 */

#define configUSE_TRACE_FACILITY 1

#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1

void vTaskList( char * pcWriteBuffer )

名称           状态    优先级  堆栈使用  任务编号

'X'(运行)    'B'（阻塞）、'R'（就绪）、'S'（挂起\暂停）或 'D'（删除）

示例函数：

/**
 * @description: 判断按键按下逻辑，KEY1按下，挂起task1，按下KEY2在任务中恢复task1，KEY3按下，挂起调度器，KEY4按下，恢复调度器，并打印任务的状态
 * @param {void} *pvParameters
 * @return {*}
 */
char task_info[500]; //定义一个字符数组，用于接收任务信息字符串
void task3(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    while (1)
    {
        printf("task3运行...\r\n");
        key = Key_Detect();
        if (key == KEY1_PRESS)
        {
            /* key1按下，挂起task1 */
            printf(">>>>挂起task1....\r\n");
            vTaskSuspend(task1_handle);
        }
        else if (key == KEY2_PRESS)
        {
            /* key2按下，恢复task1 */
            printf(">>>>恢复task1....\r\n");
            vTaskResume(task1_handle);
        }
        else if (key == KEY3_PRESS)
        {
            /* key3按下，挂起调度器 */
            printf("<<<<挂起调度器....\r\n");
            vTaskSuspendAll();
        }
        else if (key == KEY4_PRESS)
        {
            /* key4按下，恢复调度器 */
            printf("<<<<恢复调度器....\r\n");
            xTaskResumeAll();
        }

        /* 打印任务的状态 */
        vTaskList(task_info);
        printf("%s\r\n",task_info);


        vTaskDelay(500);
    }
}

六、中断处理

6.1 FreeRTOS中断

6.1.1 FreeRTOS的中断管理

        在STM32中，中断优先级是通过中断优先级配置寄存器的高4位 [7:4] 来配置的。因此STM32支持最多16级中断优先级，其中数值越小表示优先级越高，即更紧急的中断。（FreeRTOS任务调度的任务优先级相反，是数值越大越优先）

        FreeRTOS可以与STM32原生的中断机制结合使用，但它提供了自己的中断管理机制，主要是为了提供更强大和灵活的任务调度和管理功能。

        FreeRTOS中，将PendSV和SysTick设置最低中断优先级（数值最大，15），保证系统任务切换不会阻塞系统其他中断的响应。

        FreeRTOS利用BASEPRI寄存器实现中断管理，屏蔽优先级低于某一个阈值的中断。比如： BASEPRI设置为0x50（只看高四位，也就是5），代表中断优先级在5~15内的均被屏蔽，0~4的中断优先级正常执行。

在中断服务函数中调用FreeRTOS的API函数需注意：

  • 中断服务函数的优先级需在FreeRTOS所管理的范围内，阈值由configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY指定。
  • 建议将所有优先级位指定为抢占优先级位，方便FreeRTOS管理。
  • 在中断服务函数里边需调用FreeRTOS的API函数，必须使用带“FromISR”后缀的函数。

6.1.2 FreeRTOS的开关中断

 FreeRTOS 开关中断函数其实是宏定义，在 portmacro.h 中有定义，如下：

#define portDISABLE_INTERRUPTS()                  vPortRaiseBASEPRI()

#define portENABLE_INTERRUPTS()                   vPortSetBASEPRI( 0 )

  • 调用portENABLE_INTERRUPTS() 它, FreeRTOS会打开管理的所有中断
  • 调用portDISABLE_INTERRUPTS() 它, FreeRTOS会关闭管理的所有中断

 6.1.3 FreeRTOS的临界段代码

临界段代码，又称为临界区，指的是那些必须在不被打断的情况下完整运行的代码段。例如，某些外设的初始化可能要求严格的时序，因此在初始化过程中不允许被中断打断。在FreeRTOS中，进入临界段代码时需要关闭中断，在处理完临界段代码后再重新开启中断。FreeRTOS系统本身包含许多临界段代码，并对其进行了保护。在编写用户程序时，有些情况下也需要添加临界段代码以确保代码的完整性。

与临界段代码保护有关的函数有 4 个：

  • taskENTER_CRITICAL() ：进入临界段。
  • taskEXIT_CRITICAL() ：退出临界段。
  • taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() ：进入临界段（中断级）。
  • taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()：退出临界段（中断级）。

进入和退出临界段是成对使用的。每进入一次临界段，全局变量uxCriticalNesting都会加一，每调用一次退出临界段，uxCriticalNesting减一，只有当 uxCriticalNesting 为 0 的时候才会调用函数 portENABLE_INTERRUPTS()使能中断。这确保了在存在多个临界段代码的情况下，不会因为某个临界段代码的退出而破坏其他临界段的保护。只有当所有的临界段代码都退出时，中断才会被重新使能。

6.1.4 挂起和恢复任务调度器

挂起和恢复任务调度器， 调用此函数不需要关闭中断：

  • vTaskSuspendAll()：挂起任务调度器。
  • xTaskResumeAll()：恢复任务调度器。

与临界区不同的是，挂起任务调度器时未关闭中断；这种方式仅仅防止了任务之间的资源争夺，中断仍然可以直接响应；挂起调度器的方法适用于临界区位于任务与任务之间的情况；这样既不需要延迟中断，同时又能确保临界区的安全性。

6.2 中断实验

1.目标：

学会FreeRTOS中断管理：

  • 设置管理的优先级范围：5~15。
  • 使用两个定时器，一个优先级为4，一个优先级为6。
  • 两个定时器每1s，打印一段字符串。
  • task1：按下KEY1，关中断，按下KEY2，开中断。

观察两个定时器的打印情况。

2.添加定时器

 

 

添加完定时器，重新注释掉stm32f1xx_it.c的SVC_Handler和PendSV_Handler函数。

3.示例代码：

注意：关于延迟函数：使用HAL_Delay前提：HAL时钟修改成其他定时器，并且中断优先级高于freertos的管理范围

//#main.c
/* USER CODE BEGIN 0 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if (htim->Instance == TIM2)
    {
       printf("TIM2优先级为4,运行中...\r\n");
    }
    else if(htim->Instance == TIM3)
    {
       printf("TIM3优先级为6,运行中...\r\n");
    }
}
/* USER CODE END 0 */

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);  
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);  
  /* USER CODE END 2 */

//#FreeRTOSConfig.h
/*3. 中断嵌套行为相关配置 cm3内核:我们要求4个优先级位全部为抢占优先级位
    最高优先级是 0
    最低优先级是 15
*/
/* 设置 RTOS 内核自身使用的中断优先级。 一般设置为最低优先级, 不至于屏蔽其他优先级程序*/
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY (15 << 4)
/* 设置了 调用中断安全的 FreeRTOS API 函数的最高中断优先级。 FreeRTOS 的管理的最高优先级 */        
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY  (5 << 4)
/* 同上. 仅用于新版移植。 这两者是等效的。 */  
#define configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY   configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY


//#freertos_demo.c

//1.任务配置
/* 启动任务函数 */
#define START_TASK_PRIORITY 1
#define START_TASK_STACK_DEPTH 128
TaskHandle_t start_task_handler;
void Start_Task(void *pvParameters);

/* Task1 任务 配置 */
#define TASK1_PRIORITY 2
#define TASK1_STACK_DEPTH 128
TaskHandle_t task1_handler;
void Task1(void *pvParameters);

//2.入口函数
/**
 * @description: FreeRTOS入口函数：创建任务函数并开始调度
 * @return {*}
 */
void FreeRTOS_Start(void)
{
    xTaskCreate((TaskFunction_t)Start_Task,
                (char *)"Start_Task",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)START_TASK_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)START_TASK_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&start_task_handler);
    vTaskStartScheduler();
}
//3.初始任务函数
void Start_Task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL(); /* 进入临界区 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t)Task1,
                (char *)"Task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK1_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)TASK1_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&task1_handler);

    vTaskDelete(NULL);  
    taskEXIT_CRITICAL(); /* 退出临界区 */
}
//4.4）task1任务函数
/**
 * @description: 开关中断
 * @param {void *} pvParameters
 * @return {*}
 */
void Task1(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    while (1)
    {
        key = Key_Detect();
        if (key == KEY1_PRESS)
        {
            /* 关中断 */
            printf(">>>>关中断.....\r\n");
            portDISABLE_INTERRUPTS();
        }
        else if (key == KEY2_PRESS)
        {
            /* 开中断 */
            printf(">>>>开中断.....\r\n");
            portENABLE_INTERRUPTS();
        }

        /* 为了观察实验现象，不要调用freertos的延时函数，底层会去开关中断，影响现象 */
        // vTaskDelay(500);
        /* 使用HAL_Delay前提：HAL时钟修改成其他定时器，并且中断优先级高于freertos的管理范围 */
        HAL_Delay(500);
    }
}

 

七、 FreeRTOS时间片调度

7.1 时间片调度

在FreeRTOS中，同等优先级的任务会轮流分享相同的CPU时间，这个时间被称为时间片。在这里，一个时间片的长度等同于SysTick中断的周期。

7.2 时间片调度实验演示（掌握）

  • start_task：用来创建其他的2个任务。
  • task1：通过串口打印task1的运行次数，设置任务优先级为2。
  • task2：通过串口打印task2的运行次数，设置任务优先级为2。

为了更好观察现象，滴答定时器的中断频率设置为50ms中断一次（一个时间片）。

（1000/20）ms

FreeRTOSConfig.h代码

#define configUSE_TIME_SLICING                          1

#define configUSE_PREEMPTION                            1

#define configTICK_RATE_HZ          ( ( TickType_t ) 20 )  

freertos_demo.c代码清单

//1.任务配置
/* 启动任务函数 */
#define START_TASK_PRIORITY 1
#define START_TASK_STACK_DEPTH 128
TaskHandle_t start_task_handler;
void Start_Task(void *pvParameters);


/* Task1 任务 配置 */
#define TASK1_PRIORITY 2
#define TASK1_STACK_DEPTH 128
TaskHandle_t task1_handler;
void Task1(void *pvParameters);

/* Task2 任务 配置 */
#define TASK2_PRIORITY 2
#define TASK2_STACK_DEPTH 128
TaskHandle_t task2_handler;
void Task2(void *pvParameters);

​​​​​​​//2.入口函数
/**
 * @description: FreeRTOS入口函数：创建任务函数并开始调度
 * @return {*}
 */
void FreeRTOS_Start(void)
{
    xTaskCreate((TaskFunction_t)Start_Task,
                (char *)"Start_Task",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)START_TASK_STACK_DEPTH,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)START_TASK_PRIORITY,
               (TaskHandle_t *)&start_task_handler);
    vTaskStartScheduler();
}

​​​​​​​//3.初始任务函数
void Start_Task( void * pvParameters )
{
    taskENTER_CRITICAL();               /* 进入临界区 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   Task1,
                (char *                 )   "Task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_DEPTH,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK1_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *         )   &task1_handler );
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   Task2,
                (char *                 )   "Task2",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_DEPTH,

                (void *                 )   NULL,

                (UBaseType_t            )   TASK2_PRIORITY,

                (TaskHandle_t *         )   &task2_handler );
    vTaskDelete(NULL);                  
    taskEXIT_CRITICAL();                /* 退出临界区 */
}

//4.task1任务函数
/**
 * @description: 打印任务1执行次数
 * @param {void *} pvParameters
 * @return {*}
 */
void Task1(void * pvParameters)
{
    uint16_t task1_count=0;
    while(1)
    {
        /* 临界区避免printf执行一半被打断 */
        taskENTER_CRITICAL();
        printf("task1运行次数=%d..\r\n",++task1_count);
         // vTaskDelay(500); //为了观察时间片调度，不使用freertos的延时函数
        HAL_Delay(10); // 使用该延时的前提：HAL时钟修改成其他定时器，并且中断优先级较高
        taskEXIT_CRITICAL();
    }

}
//task2任务函数
/**

 * @description: 打印任务2执行次数

 * @param {void *} pvParameters

 * @return {*}

 */

void Task2(void * pvParameters)

{

    uint16_t task2_count=0;

    while(1)

    {

        /* 临界区避免printf执行一半被打断 */

        taskENTER_CRITICAL();

        printf("task2运行次数=%d..\r\n",++task2_count);

         // vTaskDelay(500); //为了观察时间片调度，不使用freertos的延时函数

        HAL_Delay(10); // 使用该延时的前提：HAL时钟修改成其他定时器，并且中断优先级较高



        taskEXIT_CRITICAL();

    }

}

 

八、FreeRTOS任务相关API函数

8.1 FreeRTOS任务相关API函数介绍

任务相关的API主要如下：

函数

描述

uxTaskPriorityGet()

获取任务优先级

vTaskPrioritySet()

设置任务优先级

uxTaskGetNumberOfTasks()

获取系统中任务的数量

uxTaskGetSystemState()

获取所有任务状态信息

vTaskGetInfo()

获取指定单个的任务信息

xTaskGetCurrentTaskHandle()

获取当前任务的任务句柄

xTaskGetHandle()

根据任务名获取该任务的任务句柄

uxTaskGetStackHighWaterMark()

获取任务的任务栈历史剩余最小值

eTaskGetState()

获取任务状态

vTaskList()

以“表格”形式获取所有任务的信息

vTaskGetRunTimeStats()

获取任务的运行时间

官网：​​​​​​​​​​​​​​任务实用程序 - FreeRTOS™

8.2 任务状态查询API函数实验

使用 FreeRTOS 任务状态查询相关 API 函数：

  • start_task：用来创建其他的2个任务。
  • task1：LED1每500ms闪烁一次，提示程序正在运行。
  • task2：用于展示任务状态查询相关API函数的使用。

  • FreeRTOSConfig.h代码清单

#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState

http://www.dtcms.com/a/121870.html

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