由于正在学习韦东山老师的RTOS课程,结合了网上的一些资料,整理记录了下自己的感悟,用于以后自己的回顾。如有不对的地方请各位大佬纠正。
文章目录
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- 一、RTOS的优势
- 二、RTOS的核心功能
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- [2.1 任务管理](#2.1 任务管理)
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- [2.1.1 任务的创建](#2.1.1 任务的创建)
- [2.1.2 任务的删除](#2.1.2 任务的删除)
- [2.1.3 任务优先级和Tick](#2.1.3 任务优先级和Tick)
- [2.1.4 任务状态](#2.1.4 任务状态)
- [2.1.5 任务状态](#2.1.5 任务状态)
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一、RTOS的优势
①:确定性和实时性:
RTOS的最大特点是能够在严格的时间约束内完成任务。这种确定性对于时间敏感的应用(如工业控制、医疗设备等)至关重要。
②:优先级调度:
RTOS通常支持优先级调度机制,确保高优先级的任务可以抢占低优先级的任务执行。这种机制保证了关键任务能够在最短时间内得到处理。
③:低延迟和高响应性:
RTOS设计的目标是最小化任务切换时间和中断延迟,从而实现高响应性。这在需要快速反应的嵌入式系统中非常重要。
④:资源管理和内存控制:
RTOS通常提供精细的资源管理工具,允许开发者更好地控制内存和CPU资源的使用。这种控制对于嵌入式系统中的资源有限环境尤其重要。
⑤:模块化和灵活性:
RTOS通常具有模块化设计,允许开发者根据具体需求启用或禁用特定的功能模块。这种灵活性有助于优化系统性能和减少系统开销。
⑥:可靠性和稳定性:
RTOS被广泛应用于需要高可靠性和稳定性的系统中,例如自动驾驶、军事系统等。RTOS通过严格的测试和验证,确保其在各种边界情况下都能稳定运行。
⑦:较小的内存占用:
RTOS通常占用的内存和资源较少,这使得它非常适合嵌入式系统或其他资源受限的环境。
二、RTOS的核心功能
RTOS的核心功能块主要分为任务管理、内核管理、时间管理以及通信管理4部分,框架图如下所示:
(1)任务管理:负责管理和调度任务的执行,确保系统中的任务能够按照预期运行。
(2)内核管理:负责系统核心功能的管理,包括内存、中断、异常处理和系统启动等。
(3)时间管理:负责所有与时间相关的操作,包括系统时钟、定时器、任务延迟和周期性任务的执行。
(4)通信管理:提供任务之间的通信机制,确保任务能够有效地协作和共享资源。
2.1 任务管理
2.1.1 任务的创建
任务就是一个无返回的函数(Void)。由于函数传参的不同,一个函数可以创建多个任务,然后每个任务都有对应自身的栈,也就是说一个函数可以有多个栈(当然一个函数对应一个栈也是可以的)。使用下面的函数用于创建任务:
c
void TaskAFunction(void *param)
{
int* tmp = (int*) param;//首先将void *指针类型的param转为int *类型的指针
int value = *tmp; //然后解引用来获取指针指向的值
while(1)
{
printf("%d",value);
}
}
尽管是同一个函数,但是创建的多个任务主要不同还是在于传参而不是名字,下面的代码使用了相同的名字("TaskA")创建了三个参数不同的任务。
c
int x1=1;int x2=2;int x3=3;
int main( void )
{
TaskHandle_t xHandleTask1;
#ifdef DEBUG
debug();
#endif
prvSetupHardware();
printf("Hello, world!\r\n");
xTaskCreate(TaskAFunction,"TaskA",100,&x1,1,NULL);
xTaskCreate(TaskAFunction,"TaskA",100,&x2,1,NULL);
xTaskCreate(TaskAFunction,"TaskA",100,&x3,1,NULL);
/* Start the scheduler. */
vTaskStartScheduler();
/* Will only get here if there was not enough heap space to create the
idle task. */
return 0;
}
2.1.1 xTaskCreate
上面使用的xTaskCreate 是动态创建任务的,当然还有静态创建任务的函数xTaskCreateStatic ,后面再提静态创建。下图为xTaskCreate函数的参数及介绍:
下图摘自韦东山的FreeRTOS完全开发手册3.2.2节
2.1.2 任务的删除
任务的删除使用如下函数,其中填入的参数如果是NULL表示自杀 ,如果是自己的句柄则是被杀 ,别人的句柄就是杀人。
c
void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );
基础实验如下,在vTask1任务中嵌套vTask2任务的创建,并vTask2任务中进行自杀,所以xTask2Handle设置为NULL。
c
TaskHandle_t xTask2Handle = NULL;
void vTask1( void *pvParameters )
{
const TickType_t xDelay100ms = pdMS_TO_TICKS( 100UL );//100ms的延时
BaseType_t ret;
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
/* 打印任务1的信息 */
printf("Task1 is running\r\n");
ret = xTaskCreate( vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 2, &xTask2Handle );
if (ret != pdPASS)//判断vTask2是否创建成功,一般pdPASS默认为1
printf("Create Task2 Failed\r\n");
vTaskDelay( xDelay100ms );
}
}
void vTask2( void *pvParameters )
{
/* 打印任务的信息 */
printf("Task2 is running and about to delete itself\r\n");
// 可以直接传入参数NULL,进行"自杀"
vTaskDelete(xTask2Handle);
}
int main( void )
{
#ifdef DEBUG
debug();
#endif
prvSetupHardware();
xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 1, NULL);
/* Start the scheduler. */
vTaskStartScheduler();
/* Will only get here if there was not enough heap space to create the
idle task. */
return 0;
}
其中vTask2任务的优先级为2,高于vTask1的优先级1(这里是数字大优先级高)。实验结果如下,实现现象为首先打印vTask1的printf,然后执行优先级高的vTask2。然后vTask2会打印自身内容并进行自杀退出vTask2循环中,最后又回到vTask1这样来回交替循环。
其中vTaskDelay( xDelay100ms );
的作用在于保证在Idle任务时有时间执行来保证释放创建任务vTask2时分配的内存。如果没有这一行的延时会导致释放vTask2的内存失败而导致内存耗尽,最终导致无法创建新的任务。删除vTaskDelay( xDelay100ms );
的结果如下:
2.1.3 任务优先级和Tick
一、优先级
优先级 在上文中提过,优先级的值大的优先执行,相同优先级的则交替执行,这个函数xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 1, NULL);
的第5个参数则是表示优先级。
如何找到优先级最高的任务,RTOS的调度器会根据configMAX_PRIORITIES
的值来判断采用C函数还是汇编指令的方法来实现调度。
二、Tick(滴答)
函数vTaskDelay
可以用于指定任务休眠的时间,一般有以下两种表示方式:
方式一:vTaskDelay(5)
【存在延时不准的问题】
该方式直接设置5个Tick,根据下面公式可以算出时间T为:
T=(1/configTICK_RATE_HZ)*5=0.05s=50ms
方式二:vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(50UL))
【存在延时不准的问题】
该方式采用pdMS_TO_TICKS宏直接将ms转换为tick,上式表示为等待50ms。
三、优先级的实验
参考韦东山FreeRTOS手册,创建了3个任务,其中Task1和Task2的优先级为1,Task3的优先级为2。我们知道Task3任务优先级明显高于Task1和Task2的,但是如果不对Task3进行进行vTaskDelay的话,高优先级的会一直占用CPU,那么Task1和Task2的则不会有机会执行(就像备胎一样,一直在当女神的备胎,但是在女神眼里就是没正主优先级高,备胎就算等着舔不到女神,说明不要当舔狗,不过这也对应了任务的阻塞状态)。Task1~3的代码和main代码如下:
c
xTaskCreate(vTask1,"Task1",1000,NULL,1,NULL);
xTaskCreate(vTask2,"Task2",1000,NULL,1,NULL);
xTaskCreate(vTask3,"Task3",1000,NULL,2,NULL);
void vTask1( void *pvParameters )
{
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
/* 打印任务1的信息 */
printf("T1\r\n");
}
}
void vTask2( void *pvParameters )
{
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
/* 打印任务2的信息 */
printf("T2\r\n");
}
}
void vTask3( void *pvParameters )
{
const TickType_t xDelay3000ms=pdMS_TO_TICKS(1000UL);
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
/* 打印任务3的信息 */
printf("T3\r\n");
// vTaskDelay(xDelay3000ms);
}
结果如下,只执行了Task3
当解开vTask3
函数中vTaskDelay(xDelay3000ms);代码的注释后,结果如下。Task3只执行1次后就不执行了,后面是Task1和Task2两个优先级为1的相互执行。那是因为Task3执行到vTaskDelay这个函数后会进入休眠状态,尽管优先级高于Task1和2,但是休眠状态不占用CPU资源,于是让给了两个优先级相同的Task1和Task2,而Task3休眠结束后,Task1和Task2没有休眠机制于是疯狂不断运行从而导致Task3的打印只出现了一次。
三、优先级设定的实验
本实验主要是通过vTaskPrioritySet
函数实现对任务优先级的设定。该函数具体如下:
c
void vTaskPrioritySet(TaskHandle_t xTask, UBaseType_t uxNewPriority);
其中第一个参数是也就是对应Task的handle,即每个任务在xTaskCreate
创建任务时所传入的第6个参数xTask2Handle。而第二个参数uxNewPriority是通过函数uxTaskPriorityGet
进行获取。
完整的实验如下,创建Task1和Task2。在Task1中print,并提高Task2的任务优先级来保证高于Task1。在Task2中同样print自己内容,并降低Task2的任务优先级来保证低于Task1。这样很明显两者通过调整任务优先级来实现一个来回执行的效果,代码如下:
c
void vTask1( void *pvParameters )
{
UBaseType_t uxPriority;
//获取Task1的优先级,其中NULL表示获取自身的优先级
uxPriority = uxTaskPriorityGet(NULL);
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
/* 打印任务1的信息 */
printf("Task1 is runing\r\n");
printf("About to raise the Task 2 priority\r\n");
/*通过使用vTask1的优先级再+1,来保证vTask2具有更高的优先级,*/
vTaskPrioritySet( xTask2Handle, ( uxPriority + 1 ) );
}
}
void vTask2( void *pvParameters )
{
UBaseType_t uxPriority;
//获取Task2的优先级,其中NULL表示获取自身的优先级
uxPriority = uxTaskPriorityGet(NULL);
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
/* 打印任务2的信息 */
printf("Task2 is runing\r\n");
printf("About to lower the Task 2 priority\r\n");
/*通过使用vTask2的优先级再-2,来保证vTask1具有更低的优先级,*/
vTaskPrioritySet(NULL,(uxPriority - 2));
}
}
经代码验证,Task1与Task2的效果如下:
2.1.4 任务状态
任务一般可以分为运行(Runing)和非运行(不 Runing)两类。但是非运行的状态还能分成:①阻塞状态;②暂停状态;③就绪状态。
一、阻塞状态(Blocked)
在章节 " 三、优先级的实验 " 中提过这个状态。Task3的优先级高于Task2和Task1,就像女神(CPU资源)的正主(Task3)肯定比舔狗(Task1/Task2)的优先级高的一样。那么女神和正主玩的时候,压根轮不到舔狗。对于舔狗来说还会接着舔且依旧忠诚的等着女神,虽然没机会,更不会占用着女神,这个就是舔狗这个任务处于阻塞状态。
二、就绪状态(Ready)
就绪状态就像女神被正主霸占着,但是舔狗随时准备着女神和她的正主分手后,舔狗来占有女神。
三、暂停状态(Suspended)
&emsp暂停状态一般很少用,唯一使用的方法就是通过void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend );
来使用。
四、完整的状态转移图
五、个人感悟
不要盲目的当舔狗,自己冷静想想,在未来到底能不能舔到有价值的。舔久了得不到回应那就算了,不如过好自己,开开心心。此外我可不是舔狗,但是感觉无论在校或社会中,多少还是需要些讨好吧,把领导舔高兴了自己也能混的更舒坦了,很多人可能看不起,但是这种现象也无处不在,希望自己以后也能成为一只合格的舔狗吧。当然能力够强的或后台够硬的肯定不屑啦,就当没看见吧。不过估计也没多少人会看到哈哈。