FreeRTOS任务相关API简介

前言

本文介绍了几个常用的FreeRTOS任务相关的API，列举了任务的创建、删除，挂起和恢复的API，并介绍了函数功能、入参等信息。专为初学者入门而写。希望可以给大家带来帮助。

任务的创建和删除

下面简介各种任务创建API和任务删除API：

函数	描述
xTaskCreat()	使用动态的方法创建一个任务
xTaskCreatStatic()	使用静态的方法创建一个任务
xTaskCreatRestricted()	创建一个使用MPU进行限制的任务，使用动态内存分配此任务使用的内存
vTaskDelet()	删除一个任务

动态创建任务（xTaskCreate）

使用此API创建的任务，会自动从FreeRTOS的堆里面分配RAM空间，来存储任务控制块(TCB)和任务堆栈。所以在使用之前要确保内存管理文件在工程中被使用，并且确保下面这个宏的值是1：

#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1

另外，此API创建的任务默认处于就绪态，所有处于就绪态的任务，按照优先级的高低以此执行。在惹怒我调度器启动前后都可以调用此API创建任务。函数原型如下：

BaseType_t xTaskCreate(TaskFunction_t pvTaskCode,        // 任务函数指针const char * const pcName,        // 任务名称unsigned short usStackDepth,      // 任务栈大小（单位：字，4字节）void *pvParameters,              // 传递给任务函数的参数UBaseType_t uxPriority,           // 任务优先级TaskHandle_t * const pxCreatedTask // 任务句柄
);

参数说明

参数名	类型	说明
pvTaskCode	TaskFunction_t	任务的入口函数，即任务函数的地址。
pcName	const char * const	任务的名称，用于调试时识别任务。最大长度由configMAX_TASK_NAME_LEN定义。
usStackDepth	unsigned short	任务栈的大小，单位为字（4字节）。建议根据任务需求合理设置。
pvParameters	void *	传递给任务函数的参数，可以是任意类型的数据。
uxPriority	UBaseType_t	任务的优先级，数值越小，优先级越高。
pxCreatedTask	TaskHandle_t *	用于返回任务的句柄，以便后续操作任务。

示例代码

xTaskCreate((TaskFunction_t)start_task,       // 任务函数"start_task",                     // 任务名称1024,                             // 任务栈大小NULL,                             // 任务参数tskIDLE_PRIORITY,                // 任务优先级&StartTask_Handler);              // 任务句柄

特点

• 适用于大多数应用场景，系统自动管理内存。
• 任务创建后，内存可以被系统回收。
• 适合任务数量较多或内存动态分配的场景。

静态创建任务（xTaskCreateStatic）

静态创建任务需要用户手动分配任务栈空间和任务控制块（TCB），通常用于对内存使用有严格要求的嵌入式系统。该函数的原型如下：

BaseType_t xTaskCreateStatic(TaskFunction_t pvTaskCode,        // 任务函数指针const char * const pcName,        // 任务名称uint16_t usStackDepth,            // 任务栈大小void *pvParameters,               // 任务参数UBaseType_t uxPriority,           // 任务优先级StaticTask_t *pxTaskBuffer,       // 任务控制块StackType_t *pxStackBuffer,       // 任务栈TaskHandle_t * const pxCreatedTask // 任务句柄
);

参数说明

参数名	类型	说明
pvTaskCode	TaskFunction_t	任务的入口函数。
pcName	const char * const	任务名称，用于调试。
usStackDepth	uint16_t	任务栈的大小，单位为字（4字节）。
pvParameters	void *	传递给任务函数的参数。
uxPriority	UBaseType_t	任务的优先级。
pxTaskBuffer	StaticTask_t *	任务控制块的地址，用于存储任务的TCB信息。
pxStackBuffer	StackType_t *	任务栈的地址，用于存储任务的运行上下文。
pxCreatedTask	TaskHandle_t *	任务句柄，用于返回任务的句柄。

示例代码

StaticTask_t xTaskBuffer;
StackType_t xStack[1024];xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)start_task,       // 任务函数"start_task",                     // 任务名称1024,                             // 任务栈大小NULL,                             // 任务参数tskIDLE_PRIORITY,                // 任务优先级&xTaskBuffer,                     // 任务控制块xStack,                           // 任务栈&StartTask_Handler);              // 任务句柄

特点

• 需要用户手动分配任务栈和控制块，适合对内存使用有严格要求的场景。
• 任务创建后，内存不会被系统回收，需手动管理。
• 适合任务数量较少或内存有限的嵌入式系统。

在实际开发中，动态创建任务是最常用的方式，因为它简化了内存管理，而静态创建任务则适用于对内存使用有严格要求的嵌入式系统。根据具体需求选择合适的任务创建方式，可以提高系统的效率和稳定性。

受MPU保护的任务（xTaskCreateRestricted）

xTaskCreateRestricted 是 FreeRTOS 提供的一个用于创建受内存保护单元（MPU）保护的任务的函数。它允许在具有 MPU 的 MCU 上创建任务，并对任务的内存访问进行限制。该函数的功能与 xTaskCreate() 类似，但增加了对 MPU 的支持，适用于需要保护任务内存的场景。函数原型如下：

BaseType_t xTaskCreateRestricted(const TaskParameters_t * const pxTaskDefinition,TaskHandle_t * const pxCreatedTask
);

参数说明

参数名	类型	说明
pxTaskDefinition	const TaskParameters_t * const	指向任务定义结构体的指针，包含任务的函数、名称、堆栈大小、参数、优先级等信息。
pxCreatedTask	TaskHandle_t * const	用于返回创建任务的句柄，以便后续操作任务。

任务定义结构体 TaskParameters_t

TaskParameters_t 是一个包含任务所有必要信息的结构体，通常包括以下字段：

• pvTaskCode：任务函数指针。
• pcName：任务名称。
• usStackDepth：任务栈大小。
• pvParameters：传递给任务的参数。
• uxPriority：任务优先级。
• xRegions：内存区域定义，用于 MPU 保护。

示例代码

以下是一个使用 xTaskCreateRestricted 创建受 MPU 保护任务的示例代码：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"// 定义任务参数结构体
typedef struct {TaskFunction_t pvTaskCode;const char * const pcName;unsigned short usStackDepth;void *pvParameters;UBaseType_t uxPriority;const MemoryRegion_t * const xRegions;
} TaskParameters_t;// 任务函数
void vMyTask(void *pvParameters) {// 任务代码while (1) {// 任务逻辑}
}// 任务定义
TaskParameters_t xTaskDefinition = {.pvTaskCode = vMyTask,.pcName = "MyTask",.usStackDepth = 1024,.pvParameters = NULL,.uxPriority = tskIDLE_PRIORITY,.xRegions = NULL // 可以定义 MPU 保护区域
};// 创建任务
TaskHandle_t xTaskHandle;int main() {// 创建任务if (xTaskCreateRestricted(&xTaskDefinition, &xTaskHandle) != pdPASS) {// 任务创建失败}// 启动调度器vTaskStartScheduler();// 任务创建成功后，进入死循环for (;;);
}

注意事项

1. MPU 支持：xTaskCreateRestricted 仅在 FreeRTOS-MPU 环境下可用，因此需要在 FreeRTOSConfig.h 中启用 configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION。
2. 内存分配：该函数使用动态内存分配来创建任务的控制块和栈空间。
3. 任务删除：使用 vTaskDelete() 删除任务时，需要提供任务的句柄和任务控制块的地址。

vTaskDelete 是 FreeRTOS 中用于删除任务的函数，其主要功能是将指定任务从系统中移除，并释放其占用的资源。以下是关于该函数的详细说明：

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删除任务（vTaskDelete）

vTaskDelete 用于删除一个已创建的任务。该函数会从任务的就绪列表、阻塞列表、挂起列表和事件列表中移除该任务，并释放其任务控制块（TCB）和堆栈内存。需要注意的是，空闲任务（Idle Task）负责释放由系统分配的内存，而用户分配的内存需要在任务删除前手动释放，否则可能导致内存泄漏 。

void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete);

参数说明

• xTaskToDelete：要删除的任务的句柄。若传入 NULL，则表示删除当前正在运行的任务（即调用该函数的任务）。

注意事项

• 必须在 FreeRTOSConfig.h 中启用 INCLUDE_vTaskDelete，否则该函数不可用。
• 删除任务时，需确保空闲任务有足够时间执行内存释放。通常，将空闲任务的优先级设置为最低，以避免内存泄漏 。
• 删除任务后，系统会将该任务添加到“待删除列表” ，由空闲任务在下次运行时进行清理 。

函数执行流程

1. 检查任务句柄：若 xTaskToDelete 为 NULL，则删除当前任务。
2. 从任务列表中移除：将任务从就绪、阻塞、挂起和事件列表中移除。
3. 更新任务状态：更新任务优先级记录，并递增 uxTaskNumber 以通知内核调试器重新生成任务列表。
4. 释放内存：
   • 若删除的是当前任务，将其插入“待删除列表”，并增加 uxDeletedTasksWaitingCleanUp 变量。
   • 若删除的是其他任务，调用 prvDeleteTCB() 函数释放任务的 TCB 和堆栈内存。
5. 强制任务切换：若删除的是当前任务，调用 portPRE_TASK_DELETE_HOOK 钩子函数，并执行任务切换 。

任务的挂起和恢复

在 FreeRTOS 中，任务的挂起和恢复是通过一系列 API 函数实现的。这些函数允许开发人员在需要暂停任务执行时将其挂起，并在需要时恢复任务的运行。以下是主要的挂起和恢复 API 函数及其功能说明：

API 函数	功能描述	说明
vTaskSuspend(TaskHandle_t xTaskToSuspend)	挂起指定任务	将任务设置为挂起状态，任务将永远处于挂起状态，除非调用 vTaskResume() 或 xTaskResumeFromISR() 。
vTaskResume(TaskHandle_t xTaskToResume)	恢复挂起任务	将任务从挂起状态恢复到就绪状态，如果此时被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级，则会发生任务切换 。
xTaskResumeFromISR(TaskHandle_t xTaskToResume)	在中断服务函数中恢复任务	用于在中断服务函数中恢复任务，返回值指示是否需要进行上下文切换 。

vTaskSuspend()

• 功能：将指定任务设置为挂起状态。
• 参数：xTaskToSuspend 是要挂起的任务句柄。如果传入 NULL，则表示挂起当前任务。
• 特点：一旦任务被挂起，它将永远处于挂起状态，直到被显式恢复。

vTaskResume()

• 功能：将挂起的任务恢复到就绪状态。
• 参数：xTaskToResume 是要恢复的任务句柄。
• 特点：恢复任务后，任务将重新加入就绪队列，等待调度器调度。如果恢复任务的优先级高于当前运行任务，则会发生任务切换。

xTaskResumeFromISR()

• 功能：在中断服务函数中恢复任务。
• 参数：xTaskToResume 是要恢复的任务句柄。
• 特点：该函数用于在中断上下文中恢复任务，返回值 pdTRUE 表示需要进行上下文切换，pdFALSE 表示不需要。

使用场景示例

以下是一个简单的示例，展示了如何在按键中断中挂起和恢复任务：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"// 任务函数
void vTaskFunction(void *pvParameters) {while (1) {printf("Task is running\n");vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}
}int main() {TaskHandle_t xTaskHandle = NULL;// 创建任务xTaskCreate(vTaskFunction, "Task", 1024, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &xTaskHandle);// 启动调度器vTaskStartScheduler();// 任务创建成功后，进入死循环for (;;);
}

在中断服务函数中，可以使用 vTaskSuspend() 和 xTaskResumeFromISR() 来控制任务的挂起和恢复：

void EXTI0_IRQHandler(void) {if (EXTI_GetITStatus(EXTI_LINE0) != RESET) {printf("Suspend task\n");vTaskSuspend(xTaskHandle); // 挂起任务EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_LINE0);}
}void EXTI1_IRQHandler(void) {if (EXTI_GetITStatus(EXTI_LINE1) != RESET) {printf("Resume task\n");xTaskResumeFromISR(xTaskHandle); // 恢复任务EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_LINE1);}
}

注意事项

• 任务挂起和恢复的顺序：必须确保在恢复任务之前，任务已经被正确挂起。
• 中断优先级：在中断服务函数中调用 xTaskResumeFromISR() 时，中断优先级不能高于 FreeRTOS 管理的最高优先级，否则可能导致程序异常 。
• 任务状态：挂起的任务不会参与调度，也不会执行任何代码，直到被显式恢复 。

通过合理使用 vTaskSuspend()、vTaskResume() 和 xTaskResumeFromISR()，可以有效地管理任务的执行流程，确保任务在需要时暂停或恢复。

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