freeRTOS学习

2. FreeRTOS版本问题
V2的内核版本更高，功能更多，在大多数情况下V1版本的内核完全够用。
3.FreeRTOS各配置选项卡的解释

• Events：事件相关的创建
• Task and Queues:任务与队列的创建
• Timers and Semaphores：定时器和信号量的创建
• Mutexes：互斥量的创建
• FreeRTOS HeapUsage：用于查看堆使用情况
• config parameters：内核参数设置，用户根据自己的实际应用来裁剪定制FreeRTOS内核
• Includeparameters:FreeRTOS部分函数的使能
• UserConstants：相关宏的定义，可以自建一些常量在工程中使用
• Advanced settings:高级设置

4.内核配置、函数使能的一些翻译

freeRTOS内核配置的相关说明，可以参考下面这篇文章。

FreeRTOS系列第6篇---FreeRTOS内核配置说明_vassertcalled-CSDN博客

三、任务的创建与删除

1.什么是任务？

任务可以理解为进程/线程，创建一个任务，就会在内存开辟一个空间。
比如：
玩游戏、陪女朋友，都可以视为任务
Windows 系统中的MarkText、谷歌浏览器、记事本，都是任务。
任务通常都含有While(1)死循环。

2.任务创建与删除相关函数

任务创建与删除相关函数有如下三个：

任务动态创建与静态创建的区别： 

动态创建任务的堆栈由系统分配，而静态创建任务的堆栈由用户自己传递。
通常情况下使用动态方式创建任务。

xTaskCreate函数原型

1.pvTaskCode：指向任务函数的指针，任务必须实现为永不返回（即连续循环）；
2.pcName：任务的名字，主要是用来调试，默认情况下最大长度是16；
3. pvParameters：指定的任务栈的大小；

4.uxPriority：任务优先级，数值越大，优先级越大；
5.pxCreatedTask：用于返回已创建任务的句柄可以被引用。

官方提供的案例：

/* Task to be created. */
void vTaskCode( void * pvParameters )
{/* The parameter value is expected to be 1 as 1 is passed in thepvParameters value in the call to xTaskCreate() below.configASSERT( ( ( uint32_t ) pvParameters ) == 1 );for( ;; ){/* Task code goes here. */}
}/* Function that creates a task. */
void vOtherFunction( void )
{
BaseType_t xReturned;
TaskHandle_t xHandle = NULL;/* Create the task, storing the handle. */xReturned = xTaskCreate(vTaskCode,       /* Function that implements the task. */"NAME",          /* Text name for the task. */STACK_SIZE,      /* Stack size in words, not bytes. */( void * ) 1,    /* Parameter passed into the task. */tskIDLE_PRIORITY,/* Priority at which the task is created. */&xHandle );      /* Used to pass out the created task's handle. */if( xReturned == pdPASS ){/* The task was created. Use the task's handle to delete the task. */vTaskDelete( xHandle );}
}

vTaskDelete函数原型

void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete);

只需将待删除的任务句柄传入该函数，即可将该任务删除。
当传入的参数为NULL，则代表删除任务自身（当前正在运行的任务）。

3.实操

 
四、任务的状态

什么是任务调度？
调度器就是使用相关的调度算法来决定当前需要执行的哪个任务。
FreeRTOS中开启任务调度的函数是vTaskStartScheduler(），但在CubeMX中被封装为
osKernelStart()。

FreeRTOs的任务调度规则是怎样的?
FreeRTOS是一个实时操作系统，它所奉行的调度规则:

1. 高优先级抢占低优先级任务，系统永远执行最高优先级的任务（即抢占式调度）
2. 同等优先级的任务轮转调度（即时间片调度）

还有一种调度规则是协程式调度，但官方已明确表示不更新，主要是用在小容量的芯片上，用得也不多。

抢占式调度运行过程

Task 1:玩游戏
Task 2：老妈喊你吃饭
Task 3:女朋友喊你看电视

总结：
1.高优先级任务，优先执行；
2.高优先级任务不停止，低优先级任务无法执行；
3.被抢占的任务将会进入就绪态

时间片调度运行过程

总结：
1.同等优先级任务，轮流执行，时间片流转
2.一个时间片大小，取决为滴答定时器中断周期；
3.注意没有用完的时间片不会再使用，下次任务Task3得到执行，还是按照一个时间片的
时钟节拍运行

五、任务的状态

FreeRTOS中任务共存在4种状态：

• Running 运行态

当任务处于实际运行状态称之为运行态，即CPU的使用权被这个任务占用（同一时间仅一个
任务处于运行态）。

• Ready 就绪态

处于就绪态的任务是指那些能够运行（没有被阻塞和挂起），但是当前没有运行的任务，因
为同优先级或更高优先级的任务正在运行。

• Blocked 阻塞态

如果一个任务因延时，或等待信号量、消息队列、事件标志组等而处于的状态被称之为阻塞
态。

• Suspended 挂起态

类似暂停，通过调用函数vTaskSuspend(）对指定任务进行挂起，挂起后这个任务将不被执
行，只有调用函数xTaskResume）才可以将这个任务从挂起态恢复。

总结：
1.仅就绪态可转变成运行态
2.其他状态的任务想运行，必须先转变成就绪态

任务综合小实验：

实验需求
创建4个任务：taskLED1，taskLED2，taskKEY1，taskKEY2，任务要求如下:
taskLED1:间隔500ms闪烁LED1；
taskLED2:间隔1000ms 闪烁LED2;
taskKEY1：如果taskLED1存在，则按下KEY1后删除 taskLED1，否则创建taskLED1；
taskKEY2:如果taskLED2正常运行，则按下KEY2后挂起taskLED2，否则恢复taskLED2

cubeMX配置：

代码实现：

/* USER CODE END Header_StartTaskKEY01 */
void StartTaskKEY01(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskKEY01 *//* Infinite loop */for(;;){if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0 == GPIO_PIN_RESET)){osDelay(20);if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0 == GPIO_PIN_RESET)){printf("KEY1按下！\r\n");if(taskLED01Handle == NULL)//判断按键1有没有按下{printf("任务1不存在，准备创建任务1\r\n");osThreadDef(taskLED01, StartTaskLED01, osPriorityNormal, 0, 128);taskLED01Handle = osThreadCreate(osThread(taskLED01), NULL);if(taskLED01Handle !=NULL )printf("任务1创建完成!\r\n");}else{printf("删除任务1\r\n");osThreadTerminate(taskLED01Handle);taskLED01Handle=NULL;}}while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET );}osDelay(10);}/* USER CODE END StartTaskKEY01 */
}

核心功能

循环检测按键（KEY01）是否被按下，通过按键状态控制taskLED01任务的创建与删除：

• 当按键按下且taskLED01任务不存在时，创建该任务；
• 当按键按下且taskLED01任务已存在时，删除该任务。

代码细节分析

• 无限循环
  任务函数通过for(;;)实现无限循环，持续检测按键状态，符合 FreeRTOS 任务 “永不返回” 的特性。

• 按键检测与消抖
   

  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)  //这是一个逻辑判断，结果为0或1
  {osDelay(20);  // 延时20ms消抖if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0 == GPIO_PIN_RESET))  // 再次检测确认{// 按键按下后的逻辑...while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET );  // 等待按键释放}
  }

if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET)（先读引脚状态，再与 “低电平” 比较）。

消抖逻辑：第一次检测到按键按下后，延时 20ms（跳过机械抖动阶段），再次检测确认按下，避免误触发。

等待释放：while循环等待按键松开，避免一次按下被多次识别。

• 任务的创建与删除

  • 当taskLED01Handle == NULL（任务不存在）时：通过osThreadDef定义任务属性（名称、函数、优先级等），再用osThreadCreate创建任务，成功后更新句柄。
  • 当taskLED01Handle != NULL（任务已存在）时：用osThreadTerminate删除任务，并将句柄设为NULL（标记任务已删除）。

• 延时调度循环末尾的osDelay(10)让任务让出 CPU，给其他任务运行机会，避免独占系统资源（FreeRTOS 的任务调度依赖延时函数触发）

/* USER CODE END Header_StartTaskKEY02 */
void StartTaskKEY02(void const * argument)
{/* USER CODE BEGIN StartTaskKEY02 */static int flag = 0;//标志位/* Infinite loop */for(;;){if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1 == GPIO_PIN_RESET))//当按键2呗按下{osDelay(20);//消抖if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1 == GPIO_PIN_RESET)){printf("KEY2按下！\r\n");if(flag == 0){osThreadSuspend(taskLED02Handle);//挂起printf("任务2已暂停\r\n");flag = 1;}else{osThreadResume(taskLED02Handle);printf("任务2已恢复\r\n");flag = 0;}}while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET );}osDelay(10);}/* USER CODE END StartTaskKEY02 */
}

 FreeRTOS 的按键检测任务函数（StartTaskKEY02），核心功能是通过检测按键（连接在 GPIOA 的 PIN1 引脚）的状态，来切换另一个 LED 任务（taskLED02）的 “挂起” 与 “恢复” 状态。
 

核心功能

循环检测按键（KEY02）是否被按下，通过一个标志位（flag）记录taskLED02的当前状态，每次按键按下时切换状态：

• 若taskLED02正在运行，则将其挂起（暂停执行）；
• 若taskLED02已被挂起，则将其恢复（继续执行）。

代码细节分析

1. 静态标志位flag
    

   static int flag = 0; // 标志位

2. static修饰确保变量只在当前任务函数内可见，且任务运行期间不会被重置（保留上次的值）。
3. 作用：记录taskLED02的状态 ——0表示任务正在运行，1表示任务已被挂起。
4. 无限循环与按键检测

   for(;;)  // 无限循环，持续检测按键
   {if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1 )== GPIO_PIN_RESET)  // 检测按键是否按下{osDelay(20);  // 延时20ms消抖（跳过机械抖动阶段）if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1 == GPIO_PIN_RESET))  // 再次确认按键按下{// 按键按下后的逻辑...while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET );  // 等待按键释放}}osDelay(10);  // 让出CPU，给其他任务运行机会
   }

• if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET)（先读取引脚状态，再与 “低电平（按下）” 比较）。
• 消抖逻辑：两次检测按键状态（间隔 20ms），避免按键机械抖动导致的误触发。
• 等待释放：while循环等待按键松开，确保一次按下只触发一次状态切换。

任务的挂起与恢复当按键确认按下后，根据flag的值执行操作：

if(flag == 0)  // 若标志位为0（任务正在运行）
{osThreadSuspend(taskLED02Handle);  // 挂起taskLED02（暂停执行）printf("任务2已暂停\r\n");flag = 1;  // 更新标志位为“已挂起”
}
else  // 若标志位为1（任务已挂起）
{osThreadResume(taskLED02Handle);  // 恢复taskLED02（继续执行）printf("任务2已恢复\r\n");flag = 0;  // 更新标志位为“运行中”
}

1. • osThreadSuspend：FreeRTOS 函数，暂停指定任务（任务进入 “挂起态”，不再参与调度）。
   • osThreadResume：FreeRTOS 函数，恢复被挂起的任务（任务重新进入 “就绪态”，等待调度执行）。

2. 任务调度循环末尾的osDelay(10)是 FreeRTOS 的延时函数，作用是让当前任务（StartTaskKEY02）暂时让出 CPU，允许系统调度其他任务运行，避免当前任务独占资源。

五、队列

什么是队列?

队列又称消息队列，是一种常用于任务间通信的数据结构，队列可以在任务与任务间、中断
和任务间传递信息。
为什么不使用全局变量？
如果使用全局变量，免子（任务1）修改了变量a，等待树獭（任务3)处理，但树獭处理速
度很慢，在处理数据的过程中，狐狸（任务2）有可能又修改了变量a，导致树獭有可能得
到的不是正确的数据。

在这种情况下，就可以使用队列。免子和狐狸产生的数据放在流水线上，树獭可以慢慢一个
个依次处理。
关于队列的几个名词：
队列项目：队列中的每一个数据；
队列长度：队列能够存储队列项目的最大数量；
创建队列时，需要指定队列长度及队列项目大小。

队列特点

1. 数据入队出队方式

通常采用先进先出（FIFO）的数据存储缓冲机制，即先入队的数据会先从队列中被读取。
也可以配置为后进先出（LIFO）方式，但用得比较少。

2.数据传递方式

采用实际值传递，即将数据拷贝到队列中进行传递，也可以传递指针，在传递较大的数据的
时候采用指针传递。

3.多任务访问

队列不属于某个任务，任何任务和中断都可以向队列发送/读取消息

4.出队、入队阻塞

当任务向一个队列发送消息时，可以指定一个阻塞时间，假设此时当队列已满无法入队。
阻塞时间如果设置为：

• 0：直接返回不会等待；
• 0-port_MAX_DELAY：等待设定的阻塞时间，若在该时间内还无法入队，超时后直接返回不再等待；
• port_MAX_DELAY：死等，一直等到可以入队为止。出队阻塞与入队阻塞类似;

队列相关API函数

1. 创建队列

QueueHandle_t xQueueCreate(UBaseType_t uxQueueLength,
UBaseType_t uxItemSize）;

参数:

• uxQueueLength：队列可同时容纳的最大项目数。
• uxltemSize：存储队列中的每个数据项所需的大小（以字节为单位）。

返回值：
如果队列创建成功，则返回所创建队列的句柄。如果创建队列所需的内存无法分配，则返回NULL。

2.写队列

写队列总共有以下几个函数：

BaseType_t xQueueSend（QueueHandle_t xQueue,const void * pvItemToQueue,TickType_t xTicksToWait
);

参数:

• xQueue：队列的句柄，数据项将发送到此队列。
• pvItemToQueue:待写入数据
• xTicksToWait:阻塞超时时间

返回值：
如果成功写入数据，返回pdTRUE，否则返回errQUEUE_FULL。

3.读队列

读队列总共有以下几个函数：

BaseType_t xQueueReceive(QueueHandle_t xQueue,void *pvBuffer,TickType_t xTicksToWait)；

参数:

• xQueue：待读取的队列
• pvItemToQueue：数据读取缓冲区
• xTicksToWait:阻塞超时时间

返回值：
成功返回pdTRUE，否则返回pdFALSE。

实操

实验需求

创建一个队列，按下KEY1向队列发送数据，按下KEY2向队列读取数据。

cube MX配置

六、二值信号量

什么是信号量

信号量（Semaphore)，是在多任务环境下使用的一种机制，是可以用来保证两个或多个关
键代码段不被并发调用。
信号量这个名字，我们可以把它拆分来看，信号可以起到通知信号的作用，然后我们的量还
可以用来表示资源的数量，当我们的量只有0和1的时候，它就可以被称作二值信号量，只有
两个状态，当我们的那个量没有限制的时候，它就可以被称作为计数型信号量。
信号量也是队列的一种。

什么是二值信号量？
二值信号量其实就是一个长度为1，大小为零的队列，只有0和1两种状态，通常情况下，我
们用它来进行互斥访问或任务同步。
互斥访问：比如门钥匙，只有获取到钥匙才可以开门
任务同步：比如我录完视频你才可以看视频

二值信号量相关API函数

1.创建二值信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary（void）

参数:
无
返回值：
成功，返回对应二值信号量的句柄；
失败，返回NULL。

2.释放二值信号量

BaseType_t xSemaphoreGive（SemaphoreHandle_t xSemaphore）

参数:
xSemaphore：要释放的信号量句柄
返回值：
成功，返回pdPASS；
失败，返回errQUEUE_FULL。

3.获取二值信号量

BaseType_t xSemaphoreTake（SemaphoreHandle_t xSemaphore,TickType_t xTicksToWait ）;

参数:
xSemaphore：要获取的信号量句柄
xTicksToWait：超时时间，0表示不超时，port_MAX_DELAY表示卡死等待；
返回值：
成功，返回 pdPASS；
失败，返回errQUEUE_FULL。