FreeRTOS操作系统学习——任务通知

任务通知介绍

所谓任务通知,也可以反过来通知任务。在以往使用队列,信号量,事件组等等方法时,我们并不知道对方是谁,而在使用任务通知时,可以明确指定通知哪个任务。使用任务通知时,任务结构体的TCB就包含了内部对象,可以直接接收到别人发来的通知。

FreeRTOS 从 V8.2.0 版本开始提供任务通知这个功能,每个任务都有一个 32位的通知值,在大多数情况下,任务通知可以替代二值信号量、计数信号量、事件组,也可以替代长度为 1的队列(可以保存一个32位整数或指针值)。相对于以前使用 FreeRTOS内核通信的资源,必须创建队列、二进制信号量、计数信号量或事件组的情况,使用任务通知显然更灵活。

优势
  • 效率更高:使用任务通知来发送事件、数据给某个任务时,效率更高。比队列、信号量、事件组都有大的优势。
  • 更节省内存:使用其他方法时都要先创建对应的结构体,使用任务通知时无需额外创建结构体。
限制
  • 不能发送数据给 ISR:

    ISR 并没有任务结构体,所以无法使用任务通知的功能给 ISR 发送数据。但是

    ISR 可以使用任务通知的功能,发数据给任务。

  • 数据只能给该任务独享

    使用队列、信号量、事件组时,数据保存在这些结构体中,其他任务、 ISR 都可以访问这些数据。使用任务通知时,数据存放入目标任务中,只有它可以访问这些数据。在日常工作中,这个限制影响不大。因为很多场合是从多个数据源把数据发给某个任务,而不是把一个数据源的数据发给多个任务。

  • 无法缓冲数据

    使用队列时,假设队列深度为 N,那么它可以保持 N 个数据。

    使用任务通知时,任务结构体中只有一个任务通知值,只能保持一个数据。

  • 无法广播给多个任务

    使用事件组可以同时给多个任务发送事件。

    使用任务通知,只能发个一个任务。

  • 如果发送受阻,发送方无法进入阻塞状态等待

    假设队列已经满了,使用 xQueueSendToBack()给队列发送数据时,任务可以进入阻塞状态等待发送完成。使用任务通知时,即使对方无法接收数据,发送方也无法阻塞等待,只能即刻返回错误

任务通知使用

任务结构体

每个任务都有一个结构体: TCB(Task Control Block),里面有 2 个成员:

  • 一个是 uint8_t 类型,用来表示通知状态
  • 一个是 uint32_t 类型,用来表示通知值
c 复制代码
typedef struct tskTaskControlBlock
{
......
/* configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES = 1 */
volatile uint32_t ulNotifiedValue[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];
volatile uint8_t ucNotifyState[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];
}tskTCB;

通知状态有3种取值:

  • taskNOT_WAITING_NOTIFICATION:任务没有在等待通知
  • taskWAITING_NOTIFICATION:任务在等待通知
  • taskNOTIFICATION_RECEIVED:任务接收到了通知,也被称为 pending(有数据了,待处理)

通知值可以有很多种类型:

  • 计数值
  • 位(类似事件组)
  • 任意数值
操作函数

任务通知有 2 套函数,简化版、专业版,列表如下:

  • 简化版函数的使用比较简单,它实际上也是使用专业版函数实现的
  • 专业版函数支持很多参数,可以实现很多功能

    xTaskNotifyGive
    在任务中使用 xTaskNotifyGive 函数,在 ISR 中使用 vTaskNotifyGiveFromISR 函数,都是直接给其他任务发送通知。使得通知值加一,并且使得通知状态变为"pending",也就是taskNOTIFICATION_RECEIVED。
c 复制代码
BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );
void vTaskNotifyGiveFromISR( TaskHandle_t xTaskHandle, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );


ulTaskNotifyTake

可以使用ulTaskNotifyTake函数来取出通知值,如果通知值等于 0,则阻塞(可以指定超时时间),当通知值大于 0 时,任务从阻塞态进入就绪态。在 ulTaskNotifyTake 返回之前,还可以做些清理工作:把通知值减一,或者把通知值清零。

c 复制代码
uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit, TickType_t xTicksToWait );


xTaskNotify

xTaskNotify 与 xTaskNotifyGive 函数功能类似,但是功能更强大,可以使用不同参数实现各类功能,比如:

  • 让接收任务的通知值加一:这时 xTaskNotify()等同于 xTaskNotifyGive()
  • 设置接收任务的通知值的某一位、某些位,这就是一个轻量级的、更高效的事件组
  • 把一个新值写入接收任务的通知值:上一次的通知值被读走后,写入才成功。这就是轻量级的、长度为 1 的队列
  • 用一个新值覆盖接收任务的通知值:无论上一次的通知值是否被读走,覆盖都成功。 类似
    xQueueOverwrite()函数,这就是轻量级的邮箱。
c 复制代码
BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction );



c 复制代码
BaseType_t xTaskNotifyFromISR
( 
TaskHandle_t xTaskToNotify,
uint32_t ulValue,
eNotifyAction eAction,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken 
);

xTaskNotifyFromISR 函 数 跟 xTaskNotify 很 类 似 , 就 多 了 最 后 一 个 参 数

pxHigherPriorityTaskWoken。在很多ISR函数中,这个参数的作用都是类似的,使用场景如下:

xTaskNotifyWait


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