FreeRTOS的学习记录（任务创建，任务挂起）

一、任务创建

1动态创建

1. 配置 FreeRTOS 堆内存

首先需要在**FreeRTOSConfig.h**中配置堆内存大小：

复制代码

#define configTOTAL_HEAP_SIZE (10 * 1024)  // 分配10KB堆内存

FreeRTOS 提供了 5 种堆内存管理方案（heap_1.c~heap_5.c），默认使用heap_4.c，它支持内存块的分配和释放，且能避免内存碎片。

2. 定义任务函数

定义一个符合 FreeRTOS 要求的任务函数：

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void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    // 任务的执行代码
    for( ;; )
    {
        // 任务主体
        vTaskDelay(1000); // 延时1秒
    }
}

3. 动态创建任务

使用***++xTaskCreate()++***函数创建任务：

复制代码

TaskHandle_t xTaskHandle = NULL;

// 动态创建任务
BaseType_t xReturned = xTaskCreate(
    vTaskFunction,        // 任务函数
    "MyTask",             // 任务名称
    128,                  // 任务栈大小（以字为单位，不是字节）
    NULL,                 // 传递给任务的参数
    tskIDLE_PRIORITY,     // 任务优先级
    &xTaskHandle          // 任务句柄（用于后续操作任务）
);

// 检查任务是否创建成功
if (xReturned == pdPASS) {
    printf("任务创建成功\n");
} else {
    printf("任务创建失败，原因：堆内存不足或参数错误\n");
}

4. 启动调度器

所有任务创建完成后启动调度器：

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vTaskStartScheduler();

2静态任务创建（空闲任务内存分配是必须的，定时器是可选的）

1. 配置FreeRTOSConfig.h

在工程中修改FreeRTOSConfig.h文件，启用静态内存分配：

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#define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 1 // 启用静态分配 
#define configUSE_TIMERS 0 // 如果不用软件定时器可关闭 
#define configMAX_PRIORITIES 5 // 根据需求调整优先级数量


#define configUSE_TIMERS                1       // 启用软件定时器功能
#define configTIMER_TASK_PRIORITY       (tskIDLE_PRIORITY + 1)  // 定时器任务优先级
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH        10      // 定时器命令队列长度
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH    (configMINIMAL_STACK_SIZE * 2)  // 定时器任务栈大小

2. 实现内存回调函数

在main.c中添加以下函数，为FreeRTOS的空闲任务和定时器任务分配静态内存：

复制代码

// 空闲任务静态内存
static StaticTask_t xIdleTaskTCBBuffer;
static StackType_t xIdleStack[configMINIMAL_STACK_SIZE];

// 定时器任务静态内存（如果启用）
#if configUSE_TIMERS == 1
static StaticTask_t xTimerTaskTCBBuffer;
static StackType_t xTimerStack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH];
#endif

// 回调函数实现
void vApplicationGetIdleTaskMemory(
    StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,
    StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,
    uint32_t *pulIdleTaskStackSize) {
    *ppxIdleTaskTCBBuffer = &xIdleTaskTCBBuffer;
    *ppxIdleTaskStackBuffer = xIdleStack;
    *pulIdleTaskStackSize = configMINIMAL_STACK_SIZE;
}

#if configUSE_TIMERS == 1
void vApplicationGetTimerTaskMemory(
    StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer,
    StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer,
    uint32_t *pulTimerTaskStackSize) {
    *ppxTimerTaskTCBBuffer = &xTimerTaskTCBBuffer;
    *ppxTimerTaskStackBuffer = xTimerStack;
    *pulTimerTaskStackSize = configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;
}
#endif

3. 定义任务栈和TCB

在全局区域定义任务的栈和任务控制块（TCB）：

复制代码

// 任务栈和TCB
#define TASK_STACK_SIZE 128
StaticTask_t xTaskTCB;
StackType_t xTaskStack[TASK_STACK_SIZE];

4. 编写任务函数

实现任务逻辑（例如LED闪烁）：

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void vTaskFunction(void *pvParameters) {
    (void)pvParameters;
    for (;;) {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); // 示例：控制PA5引脚
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

5. 创建静态任务

在main()函数中创建任务并启动调度器：

复制代码

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config(); // 配置系统时钟（例如72MHz）
    MX_GPIO_Init();       // 初始化GPIO

    // 创建静态任务
    TaskHandle_t xTaskHandle = xTaskCreateStatic(
        vTaskFunction,           // 任务函数
        "StaticTask",            // 任务名称
        TASK_STACK_SIZE,         // 栈大小
        NULL,                    // 参数
        tskIDLE_PRIORITY + 1,    // 优先级
        xTaskStack,              // 栈数组
        &xTaskTCB                // TCB结构体
    );

    if (xTaskHandle != NULL) {
        vTaskStartScheduler(); // 启动调度器
    }

    while (1); // 调度器启动后不应执行到这里
}

6.创建静态定时器

复制代码

#include "FreeRTOS.h"
#include "timers.h"

// 为定时器控制块提供内存
StaticTimer_t xTimerBuffer;  // 用于静态创建定时器

// 定时器回调函数（禁止调用会阻塞的API）
void vTimerCallback(TimerHandle_t xTimer)
{
    // 定时器到期时执行的代码
    static uint32_t ulCount = 0;
    ulCount++;
    printf("定时器触发次数: %lu\n", ulCount);
}

// 静态创建并启动定时器
void vSetupStaticTimer(void)
{
    TimerHandle_t xTimer = NULL;
    
    // 静态创建一个周期性定时器（自动重载模式）
    xTimer = xTimerCreateStatic(
        "MyStaticTimer",      // 定时器名称
        pdMS_TO_TICKS(1000),  // 定时器周期（1000ms）
        pdTRUE,               // pdTRUE=自动重载，pdFALSE=单次触发
        (void*)0,             // 定时器ID（用户定义）
        vTimerCallback,       // 回调函数
        &xTimerBuffer         // 静态分配的控制块内存
    );
    
    if (xTimer != NULL) {
        // 启动定时器（0表示不等待）
        if (xTimerStart(xTimer, 0) != pdPASS) {
            printf("启动定时器失败\n");
        }
    }
}

3任务删除

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vTaskDelete(xTaskHandle);//动态静态任务都用这个，参数为NULL时删除正在运行的任务（运行结束删除）

静态任务与动态任务的删除对比

特性	动态任务（xTaskCreate）	静态任务（xTaskCreateStatic）
内存释放	调用 `vTaskDelete()` 后自动释放	内存永久保留，需手动管理
适合场景	需动态创建 / 删除的任务	生命周期固定的关键任务
内存碎片化风险	频繁删除可能导致堆碎片化	无碎片化风险
资源释放责任	空闲任务自动回收内存	需用户确保资源手动释放

4、临界区间

在实时操作系统（如 FreeRTOS）中，** ++临界区间（Critical Section）++** 是指一段必须被原子执行的代码区域，即不允许被中断或任务切换打断。临界区间的核心目标是确保共享资源在被访问时的一致性和完整性，防止竞态条件（Race Condition）的发生。

作用场景
- 当多个任务或中断需要访问共享资源（如全局变量、硬件寄存器、缓冲区等）时，必须通过临界区间保证操作的原子性。
- 例如：修改多个关联变量时（如先更新数据缓冲区，再更新缓冲区指针），若操作被打断，可能导致数据不一致。
关键特性
- ++原子性：临界区间内的代码必须一次性执行完毕，不允许被中断或任务切换打断。++
- 时效性：临界区间的代码应尽可能简短，避免长时间阻塞中断或任务调度，影响系统实时性。

使用方式

关闭中断（全局临界区）

原理：通过关闭所有中断（包括可屏蔽中断），确保临界区间内的代码不会被任何中断打断，同时隐式禁止任务切换（因为任务切换通常由滴答中断触发）。

关闭中断（全局临界区）
// 进入临界区（关闭中断）
portDISABLE_INTERRUPTS();

// 临界区代码（访问共享资源）
vAccessSharedResource();

// 退出临界区（恢复中断）
portENABLE_INTERRUPTS();

特点：

完全禁止中断，实时性影响较大，仅适用于极短的临界区。
可在任务或中断服务程序（ISR）中使用

关闭任务切换（局部临界区）

原理：允许中断继续响应，但禁止任务调度器进行任务切换（即不允许上下文切换）。中断服务程序仍可执行，但执行完毕后不会触发任务切换，直到退出临界区。

FreeRTOS 接口 ：

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// 进入临界区（禁止任务切换，允许中断）
//taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR(); // 从中断进入时使用
taskENTER_CRITICAL(); // 从任务进入时使用

// 临界区代码（访问共享资源）
vModifySharedVariable();

// 退出临界区（允许任务切换）
taskEXIT_CRITICAL();
//taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR() ;// 从中断退出时使用

特点：
- 允许中断响应，实时性影响较小，适用于较长的临界区。
- 若在中断中使用，需通过 taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() 进入，并搭配 taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR() 返回是否需要切换任务。

++注意事项：++ 在实际开发中，应遵循 ++"能用信号量 / 互斥量解决的场景，绝不使用临界区间；必须使用临界区间时，确保其最短化和中断安全"++

机制	临界区间	信号量 / 互斥量
控制范围	代码段（原子性）	资源所有权（阻塞 / 唤醒）
中断影响	可能关闭中断或调度	不影响中断，仅通过阻塞任务实现
适用场景	极短的原子操作（如单变量修改）	较长时间的资源独占（如外设操作）
优先级反转	可能发生（若持有资源的任务被低优先级任务阻塞）	互斥量可通过优先级继承解决

二、任务挂起

++任务挂起：挂起任务相当于暂停，可以恢复++

1、挂起任务

使用++vTaskSuspend()++ 函数暂停指定任务的执行，被挂起的任务不会参与调度，直到被恢复。
函数原型：

复制代码

#define INCLUDE_vTaskSuspend     1    //需配置宏

void vTaskSuspend(TaskHandle_t xTaskToSuspend);

参数：
- ++xTaskToSuspend：++ 要挂起的任务句柄。若为 NULL，则挂起当前任务。
注意事项 ：
- 挂起持有互斥量的任务可能导致死锁，建议在挂起前释放锁。

2、恢复被挂起任务（任务中恢复）

使用++vTaskResume()++ 函数恢复被挂起的任务，使其重新参与调度。
函数原型：

复制代码

void vTaskResume(TaskHandle_t xTaskToResume);

参数：

++xTaskToResume++：要恢复的任务句柄，只有挂起和非挂起俩种状态。

复制代码

// 任务被多次挂起，但只需一次恢复即可运行
vTaskSuspend(taskHandle); // 任务挂起
vTaskSuspend(taskHandle); // 无实际效果（任务已挂起）
vTaskResume(taskHandle);  // 任务恢复为就绪状态

3、在中断中恢复被挂起的任务

FreeRTOS 要求在中断中调用任务恢复函数时，必须使用专门的中断安全版本：
xTaskResumeFromISR()（而非普通的 vTaskResume()）。

这是因为普通任务函数（如 vTaskResume()）可能触发上下文切换，而中断上下文需要特殊处理。

2. 函数原型与参数

复制代码

BaseType_t xTaskResumeFromISR(TaskHandle_t xTaskToResume);

参数：xTaskToResume 是要恢复的任务句柄。
返回值：
- pdTRUE：恢复任务后需要触发上下文切换（例如，恢复的任务优先级高于当前任务）。
- pdFALSE：无需立即切换上下文。

3. 上下文切换的注意事项

如果 xTaskResumeFromISR() 返回 pdTRUE，通常需要手动触发一次上下文切换，以确保高优先级任务立即获得 CPU 控制权。

使用 portYIELD_FROM_ISR() 宏实现中断内的上下文切换：

复制代码

#define INCLUDE_vTaskSuspend             1//必须定义
#define INCLUDE_vTaskResumeFromISR       1//必须定义


// 假设任务句柄已定义：TaskHandle_t xTaskToResumeHandle;

void vExampleISR(void) {
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    // 恢复被挂起的任务
    xHigherPriorityTaskWoken = xTaskResumeFromISR(xTaskToResumeHandle);

    // 如果需要，触发上下文切换
    if (xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE) {
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

4. 中断服务程序（ISR）的限制

中断优先级 ：需确保 FreeRTOS 管理的中断优先级正确配置（通常低于或等于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY），否则可能导致数据竞争或未定义行为。
保持简短：ISR 应尽量简短，避免在中断中执行复杂逻辑。
中断优先级配置必须符合 FreeRTOS 的要求，避免系统不稳定（一般默认是5~15）
提示：中断优先级数值越小优先级越高，任务优先级数值****越大优先级越高

FreeRTOS的学习记录（任务创建，任务挂起）

一、任务创建

1动态创建

1. 配置 FreeRTOS 堆内存

2. 定义任务函数

3. 动态创建任务

4. 启动调度器

2静态任务创建 （空闲任务内存分配是必须的，定时器是可选的）

1. 配置FreeRTOSConfig.h

2. 实现内存回调函数

3. 定义任务栈和TCB

4. 编写任务函数

5. 创建静态任务

6.创建静态定时器

3任务删除

静态任务与动态任务的删除对比

4、临界区间

使用方式

关闭中断（全局临界区）

关闭任务切换（局部临界区）

二、任务挂起

1、挂起任务

2、恢复被挂起任务（任务中恢复）

3、在中断中恢复被挂起的任务

2. 函数原型与参数

3. 上下文切换的注意事项

4. 中断服务程序（ISR）的限制

2静态任务创建（空闲任务内存分配是必须的，定时器是可选的）