FreeRTOS【3-1】创建第一个多任务程序复习笔记

一、整体知识框架与学习目标

本次课程聚焦 FreeRTOS 多任务程序创建，核心是掌握利用 FreeRTOS 接口创建多任务，理解多任务意义、任务句柄概念，通过实操搭建基础多任务应用。后续基于此，可拓展更复杂任务调度、通信等 FreeRTOS 开发。

二、核心概念与需求拆解

（一）多任务的意义

• 背景：在嵌入式系统中，若仅单任务执行，程序需按顺序依次完成功能，比如先执行 LED 控制，再执行 LCD 显示，无法同时响应多个功能需求 。
• 价值：多任务能让系统 “并行”（实际是 FreeRTOS 调度的伪并行，基于时间片或优先级切换 ）处理不同功能，像同时采集传感器数据、控制设备外设（LED、LCD 等）、处理通信数据，提升系统响应速度与效率，让嵌入式设备功能更丰富、交互更流畅。

（二）任务句柄（TaskHandle_t ）

• 定义：任务句柄是 FreeRTOS 中用于标识和操作任务的一种数据类型 。可把它理解成任务的 “身份证”“把手”，通过句柄能在系统中找到对应任务，进而对任务进行挂起、恢复、删除、查询状态等操作 。
• 作用：创建任务时，若提供句柄（xTaskCreate 的 pxCreatedTask 参数 ），后续可通过该句柄精准控制任务；即便创建时未主动使用，FreeRTOS 内部也会用它管理任务调度等流程 。

三、分步解析（结合图片与代码 ）

（一）目标

• 内容：需创建两个任务，任务 A 运行 Led_Test 函数，负责 LED 相关功能（比如 LED 闪烁、亮灭控制 ）；任务 B 运行 LCD_Test 函数，处理 LCD 显示（字符、画面刷新等 ），让 LED 控制和 LCD 显示 “并行” 开展 。

（二）接口函数

• 函数原型：BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode, const char * const pcName, const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, void * const pvParameters, UBaseType_t uxPriority, TaskHandle_t * const pxCreatedTask );
• 参数解析：
  • TaskFunction_t pxTaskCode：任务函数入口，填要运行的任务函数名（如 Led_Test、LCD_Test ），告诉系统任务具体执行啥逻辑 。
  • const char * const pcName：任务名称，字符串形式，主要用于调试、查看任务信息，方便识别不同任务 。
  • const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth：任务栈深度，为任务运行分配栈空间，存储局部变量、函数调用上下文等，需根据任务复杂度合理设置（如 128，表示栈空间大小 ） 。
  • void * const pvParameters：传给任务函数的参数，若任务函数无需参数，填 NULL ；若需传数据（如给 LCD 任务传显示内容 ），可通过此参数传递 。
  • UBaseType_t uxPriority：任务优先级，数值越大优先级越高，FreeRTOS 依据优先级调度任务，高优先级任务满足条件时会抢占低优先级任务运行 。
  • TaskHandle_t * const pxCreatedTask：任务句柄存储地址，创建任务成功后，句柄值会填充到该指针指向的变量，后续用句柄操作任务 。
• 位置：在明确目标后，解析创建任务的 “工具”——xTaskCreate 函数，是代码编写的关键依据 。插入第二张图，清晰展示函数原型与参数，辅助理解每个参数干啥用 。

（三）代码示例与关联（对应第三、四、五、六张图 ）

1. 任务函数示例（对应第四张图 OLED_Test 、第三张图 MyTask 等 ）

• OLED_Test 函数：
  • 代码逻辑：先初始化 OLED（OLED_Init ）、清屏（OLED_Clear ），然后进入死循环 while(1) ，循环里不断执行字符打印（OLED_PutChar 打印 'A'、'Y' ）、字符串显示（OLED_PrintString 显示 Hello World! ）、数值打印（OLED_PrintSignedVal 显示递增的 cnt ），模拟 LCD/OLED 持续显示刷新的任务逻辑 。可把它类比成 LCD_Test 这类显示任务的实现参考，体现任务函数的一般写法：初始化 + 循环执行功能 。。
• MyTask 函数：
  • 代码逻辑：void MyTask(void *argument) 是任务函数模板，argument 用于接收 xTaskCreate 传入的参数（pvParameters ），函数内死循环 while(1) 不断调用 Led_Test ，实现 LED 相关功能持续执行，是任务 A（运行 Led_Test ）的一种封装方式 。

2. 任务创建代码

• 标准创建示例：
  • 代码：xTaskCreate(MyTask, "myfirsttask", 128, NULL, osPriorityNormal, NULL);
  • 参数解析：
    • MyTask：任务函数，即任务要执行的代码逻辑入口 。
    • "myfirsttask"：任务名称，调试时便于识别 。
    • 128：栈深度，给任务分配 128 单位栈空间（需根据实际任务复杂度调整，太小可能栈溢出，太大会浪费内存 ） 。
    • NULL：传给任务函数的参数，这里无参数传递 。
    • osPriorityNormal：任务优先级，osPriorityNormal 是系统定义的优先级宏（不同系统可能有差异，FreeRTOS 里对应特定数值 ） 。
    • NULL：任务句柄，这里未使用，传 NULL ，若后续要控制任务，需替换成有效的句柄变量 。
• xTaskCreate 与 xTaskCreateStatic 对比：
  • 代码逻辑：根据 mem 变量值选择创建任务的方式，mem == 1 时用 xTaskCreateStatic（静态创建任务，需提前分配栈和任务控制块内存 ）；mem == 0 时用 xTaskCreate（动态创建，由 FreeRTOS 管理内存分配 ） 。体现 FreeRTOS 灵活的任务创建方式，动态创建更便捷（无需手动管理内存 ），静态创建在对内存分配有严格控制需求（如内存资源紧张、需确定内存布局 ）时使用 。

3. 多任务框架关联

• 内容：图中展示 osThreadNew 作为中间层，对接不同 RTOS（FreeRTOS、RT-Thread ），调用 osThreadNew 实际会中转到 xTaskCreate（FreeRTOS 场景 ）或 rt_thread_create（RT-Thread 场景 ） 。说明在不同 RTOS 封装、中间件环境下，任务创建的 “中转” 逻辑，帮助理解上层接口与 FreeRTOS 底层创建函数的关联，也体现 RTOS 生态里接口封装、适配的思路 。

（四）源码工程

• 路径：DShanMCU-F103开发板资料 > 5_程序源码 > 02_FreeRTOS程序 > 02_视频配套的源码 > 01_freertos_my.7z ，解压后 01_freertos_my 是工程文件夹 。
• 作用：这是实操的基础，所有代码修改、编译、调试都基于该工程。需把前面解析的任务创建代码（如创建任务 A、任务 B 的 xTaskCreate 调用 ）添加到工程合适位置（一般在初始化代码或主任务创建区域 ），编译工程（不同开发环境操作有差异，如 MDK-ARM、GCC 等 ），下载到开发板运行，验证多任务是否按预期执行（LED 功能、LCD 功能同时运行 ） 。

四、完整实操流程梳理（把知识串起来 ）

1. 准备工程：解压 01_freertos_my.7z ，找到工程文件，用对应开发环境（如 Keil MDK 打开 .uvprojx 文件 ）加载工程 。
2. 编写任务函数：定义 Led_Test 和 LCD_Test 函数（参考 OLED_Test、MyTask 写法 ），Led_Test 实现 LED 控制逻辑（如循环翻转 LED 引脚电平实现闪烁 ），LCD_Test 实现 LCD 显示逻辑（字符、画面更新 ） 。
3. 创建任务：在工程初始化代码（如 main 函数、任务创建初始化函数 ）里，调用 xTaskCreate 两次，分别创建任务 A（关联 Led_Test ）、任务 B（关联 LCD_Test ），设置好任务名称、栈深度、优先级、句柄（按需使用 ）等参数 。
4. 编译下载：编译工程，解决语法错误（如函数未定义、参数不匹配等 ），编译通过后，用调试器或下载工具把程序烧录到 DShanMCU-103 开发板 。
5. 验证功能：观察开发板运行情况，LED 按 Led_Test 逻辑工作（如规律闪烁 ），LCD 按 LCD_Test 逻辑显示（如字符、画面正常 ），说明多任务创建成功、调度正常 。

五、易错点与补充说明

（一）易错点

• 栈深度设置：若栈深度过小，任务运行中局部变量多、函数调用层级深时，会栈溢出，导致程序崩溃、行为异常（如任务莫名停止、系统重启 ）；设置过大，会浪费内存，可能使系统内存不足无法创建其他任务 。需根据任务实际需求，逐步调试、确定合理栈深度（可从经验值如 128、256 等尝试 ） 。
• 任务函数死循环：任务函数必须是死循环（如 while(1) ），若函数执行完（无循环 ），任务会进入删除状态，无法持续执行功能。编写 Led_Test、LCD_Test 时，要确保逻辑在循环里 。
• 优先级冲突：若多个高优先级任务持续占用 CPU（如死循环里无阻塞操作 ），低优先级任务可能长期无法得到调度，需合理设置优先级，且在任务中适当加入阻塞（如 vTaskDelay ，让 CPU 有机会调度其他任务 ） 。

（二）补充说明

• FreeRTOS 配置：工程需正确配置 FreeRTOS（如 FreeRTOSConfig.h 里使能任务创建相关宏、设置系统时钟节拍等 ），否则 xTaskCreate 可能无法正常工作 。一般开发板配套 FreeRTOS 工程已做好基础配置，若自定义工程，要仔细核对 。
• 调试技巧：若任务未按预期运行，可借助开发环境调试功能（如断点调试，查看任务函数是否执行、变量值是否正确 ），或在任务里加入串口打印（如打印调试信息到串口，查看任务执行流程 ），辅助定位问题 。