FreeRTOS任务管理详解中： FreeRTOS任务创建与删除实战教程（动态方法）

FreeRTOS任务管理详解中： FreeRTOS任务创建与删除实战教程（动态方法）

📖 前言

大家好！今天给大家带来一篇FreeRTOS的入门实战教程，主要讲解如何使用动态方法创建和删除任务。这篇文章适合刚接触RTOS的小伙伴，我会尽量用通俗易懂的语言来解释每个概念。

什么是动态创建任务？

简单来说，动态创建任务就是在程序运行时，从系统的"内存池"（堆内存）中申请一块空间来创建任务。这就像你去餐厅点餐，厨房现做现卖，用多少拿多少。

💡 小贴士 ：与之对应的是静态创建任务，需要我们提前定义好任务所需的内存空间，就像提前准备好食材一样。

关键概念解释

🔹 任务栈（Task Stack）

每个任务都有自己的"工作台"，用来存放局部变量、函数调用信息等。栈的大小单位是字（Word），在32位MCU中，1个字=4字节。

比如定义 TASK_STACK_SIZE 128，实际占用内存是 128 × 4 = 512字节。

🔹 任务优先级（Priority）

数字越大，优先级越高。高优先级的任务会优先执行。比如优先级4的task3会比优先级2的task1先运行。

🔹 任务句柄（Task Handle）

可以理解为任务的"身份证号"，通过它我们可以对任务进行操作（比如删除、挂起等）。

🔹 临界区（Critical Section）

被保护的代码段，在这段代码执行时不会被打断。就像上厕所要锁门一样，避免被打扰。

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🎯 实验目标

本次实验我们要实现以下功能：

1. start_task（启动任务）：负责创建其他三个任务，创建完成后自动删除自己
2. task1：让LED1每500ms闪烁一次
3. task2：让LED2每500ms闪烁一次
4. task3：检测按键KEY1，按下后删除task1

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🛠️ 实现步骤

步骤1：配置使能宏

打开 FreeRTOSConfig.h 文件，确保以下宏已开启（动态方法默认已开启）：

#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION  1  // 使能动态内存分配

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步骤2：创建文件

新建 freertos_demo.c 和 freertos_demo.h 文件，用于存放FreeRTOS任务相关代码。

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步骤3：编写任务代码

📄 freertos_demo.h

#ifndef __FREERTOS_DEMO_H__
#define __FREERTOS_DEMO_H__

// 启动FreeRTOS的入口函数
void freertos_start(void);

#endif

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📄 freertos_demo.c

#include "freertos_demo.h"
/* FreeRTOS核心头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* 硬件驱动头文件 */
#include "led_app.h"
#include "uart_app.h"
#include "key_app.h"

/* ========== 启动任务配置 ========== */
#define START_TASK_STACK_SIZE    1024        // 栈大小：1024字 = 4096字节
#define START_TASK_PRIORITY      1           // 优先级：1（最低）
TaskHandle_t start_task_handle;              // 任务句柄
void start_task(void *pvParameters);         // 任务函数声明

/* ========== 任务1配置 ========== */
#define TASK1_STACK_SIZE         1024
#define TASK1_PRIORITY           2
TaskHandle_t task1_handle;
void task1(void *pvParameters);

/* ========== 任务2配置 ========== */
#define TASK2_STACK_SIZE         1024
#define TASK2_PRIORITY           3
TaskHandle_t task2_handle;
void task2(void *pvParameters);

/* ========== 任务3配置 ========== */
#define TASK3_STACK_SIZE         1024
#define TASK3_PRIORITY           4           // 最高优先级
TaskHandle_t task3_handle;
void task3(void *pvParameters);

/**
 * @brief 启动FreeRTOS系统
 * @note 这个函数在main函数中调用
 */
void freertos_start(void)
{
    /* 1. 创建启动任务 */
    xTaskCreate(
        (TaskFunction_t)start_task,                // 任务函数指针
        (char*)"start_task",                       // 任务名称（用于调试）
        (configSTACK_DEPTH_TYPE)START_TASK_STACK_SIZE,  // 栈大小
        (void*)NULL,                               // 传递给任务的参数（这里不需要）
        (UBaseType_t)START_TASK_PRIORITY,          // 任务优先级
        (TaskHandle_t*)&start_task_handle          // 任务句柄（用于后续操作）
    );
  
    /* 2. 启动任务调度器（调度器启动后，代码不会返回） */
    vTaskStartScheduler();
}

/**
 * @brief 启动任务：专门用来创建其他任务
 * @param pvParameters 任务参数（未使用）
 * @note 创建完其他任务后，这个任务就完成使命了，会删除自己
 */
void start_task(void *pvParameters)
{
    /* 进入临界区：防止任务创建过程被打断 */
    taskENTER_CRITICAL();
  
    /* 创建任务1 */
    xTaskCreate(
        (TaskFunction_t)task1,
        (char *)"task1",
        (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK1_STACK_SIZE,
        (void *)NULL,
        (UBaseType_t)TASK1_PRIORITY,
        (TaskHandle_t *)&task1_handle
    );

    /* 创建任务2 */
    xTaskCreate(
        (TaskFunction_t)task2,
        (char *)"task2",
        (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK2_STACK_SIZE,
        (void *)NULL,
        (UBaseType_t)TASK2_PRIORITY,
        (TaskHandle_t *)&task2_handle
    );

    /* 创建任务3 */
    xTaskCreate(
        (TaskFunction_t)task3,
        (char *)"task3",
        (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK3_STACK_SIZE,
        (void *)NULL,
        (UBaseType_t)TASK3_PRIORITY,
        (TaskHandle_t *)&task3_handle
    );

    /* 删除启动任务自己（传NULL表示删除当前任务） */
    vTaskDelete(NULL);
  
    /* 退出临界区 */
    taskEXIT_CRITICAL();
}

/**
 * @brief 任务1：控制LED1每500ms闪烁
 * @param pvParameters 任务参数
 */
void task1(void *pvParameters)
{
    while (1)  // 任务必须是死循环
    {
        Uart_Printf(DEBUG_UART, "task1 is running...\r\n");
        led_buf[0] ^= 1;        // LED1状态翻转（0变1，1变0）
        Led_Task();             // 更新LED显示
        vTaskDelay(500);        // 延时500个时钟节拍（通常500ms）
                                // 注意：这里会让出CPU，让其他任务运行
    }
}

/**
 * @brief 任务2：控制LED2每500ms闪烁
 * @param pvParameters 任务参数
 */
void task2(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        Uart_Printf(DEBUG_UART, "task2 is running...\r\n");
        led_buf[1] ^= 1;        // LED2状态翻转
        Led_Task();
        vTaskDelay(500);
    }
}

/* 按键检测相关变量 */
uint8_t key_val = 0;   // 当前按键状态
uint8_t key_old = 0;   // 上一次按键状态
uint8_t key_down = 0;  // 按下沿检测
uint8_t key_up = 0;    // 释放沿检测

/**
 * @brief 任务3：检测按键，按下KEY1删除task1
 * @param pvParameters 任务参数
 */
void task3(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        Uart_Printf(DEBUG_UART, "task3 is running...\r\n");
      
        /* 读取按键状态 */
        key_val = key_read();
      
        /* 边沿检测：只有按键状态变化时才触发 */
        key_down = key_val & (key_old ^ key_val);      // 检测按下沿
        key_up = ~key_val & (key_old ^ key_val);       // 检测释放沿
        key_old = key_val;                             // 更新历史状态
      
        /* 处理按键事件 */
        switch (key_down)
        {
            case 1:  // KEY1被按下
                /* 防止重复删除（句柄不为空才删除） */
                if (task1_handle != NULL)
                {
                    Uart_Printf(DEBUG_UART, "执行删除Task1\r\n");
                    vTaskDelete(task1_handle);    // 删除任务1
                    task1_handle = NULL;          // ⚠️ 重要：删除后手动置空句柄
                }
                break;
        }
      
        vTaskDelay(20);  // 延时20ms，降低CPU占用率
        // 注意：不要用HAL_Delay()！它不会让任务进入阻塞态，会一直占用CPU
    }
}

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步骤4：修改main.c

#include "main.h"
#include "freertos_demo.h"  // 包含FreeRTOS任务头文件

int main(void)
{
    /* 硬件初始化 */
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_DMA_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
  
    /* 系统初始化 */
    System_Init();
  
    /* 启动FreeRTOS（调度器启动后不会返回） */
    freertos_start();
  
    /* ⚠️ 注意：下面的代码永远不会执行 */
    while (1)
    {
        // 这里的代码不会被执行
    }
}

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🎬 实验结果

程序运行后，串口输出如下：

• task1和task2每500ms执行一次（LED闪烁）
• task3每20ms执行一次（检测按键）
• 按下KEY1后，task1被删除，LED1停止闪烁

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⚠️ 重要注意事项

问题1：任务栈溢出导致系统卡死

现象：task2运行一次后系统就卡死，进入HardFault（硬故障）。

原因分析：

• 任务栈大小设置为128字（512字节）
• Uart_Printf 函数内部使用了512字节的缓冲区
• 栈空间不够，导致栈溢出

解决方法：

// 修改前
#define TASK1_STACK_SIZE  128  // ❌ 太小了

// 修改后
#define TASK1_STACK_SIZE  1024  // ✅ 增大到1024字（4096字节）

如何确定合适的栈大小？

FreeRTOS提供了一个非常有用的函数：

UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark(TaskHandle_t xTask);

返回值：任务栈的历史最小剩余空间（单位：字）

使用示例：

// 在任务中添加调试代码
void task1(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        // 执行任务...
      
        // 查看栈使用情况
        UBaseType_t stack_left = uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL);
        printf("Task1 栈剩余: %d 字\r\n", stack_left);
      
        vTaskDelay(500);
    }
}

💡 经验值：保留至少20%的栈余量，以应对意外情况。

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问题2：为什么删除任务后要手动置空句柄？

vTaskDelete(task1_handle);   // 删除任务
task1_handle = NULL;         // ⚠️ 必须手动置空

原因 ：vTaskDelete() 只是释放了任务占用的内存，但不会自动将句柄变量置为NULL。如果不手动置空，可能会出现：

• 重复删除已删除的任务（野指针）
• 条件判断失效

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问题3：vTaskDelay() vs HAL_Delay()

函数	是否让出CPU	其他任务能否运行	推荐使用场景
vTaskDelay()	✅ 是	✅ 能	FreeRTOS任务中
HAL_Delay()	❌ 否	❌ 不能	裸机程序或中断中

结论 ：在FreeRTOS任务中，务必使用 vTaskDelay()，否则会导致低优先级任务饿死。

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📚 知识拓展

1. 任务的生命周期

创建 → 就绪 → 运行 → 阻塞/挂起 → 删除

• 就绪态：等待CPU资源
• 运行态：正在占用CPU
• 阻塞态：等待事件（如延时、信号量）
• 挂起态：被暂停执行

2. 空闲任务（Idle Task）

调用 vTaskStartScheduler() 后，系统会自动创建一个优先级为0的空闲任务。它的作用是：

• 回收被删除任务的内存
• 系统空闲时运行（其他任务都阻塞时）

3. 任务调度策略

FreeRTOS默认使用抢占式调度：

• 高优先级任务可以打断低优先级任务
• 相同优先级任务采用时间片轮转

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🎓 总结

本文通过一个简单的LED+按键实验，带大家入门了FreeRTOS的动态任务创建和删除。核心要点：

1. ✅ 使用 xTaskCreate() 动态创建任务
2. ✅ 使用 vTaskDelete() 删除任务，删除后记得置空句柄
3. ✅ 任务栈大小要合理设置，避免溢出
4. ✅ 任务中使用 vTaskDelay() 而非 HAL_Delay()
5. ✅ 利用 uxTaskGetStackHighWaterMark() 优化栈大小

希望这篇文章能帮助到刚接触RTOS的你！有任何问题欢迎在评论区留言交流~

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📌 下期预告：FreeRTOS静态创建任务的使用

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