三、初识FreeRTOS之FreeRTOS基础知识

news/2025/2/23 15:30:05

从这节开始,我们正式学习FreeRTOS的一些基础知识,争取做到日更,或者隔日更。如果在学习的过程中哪里有理解错误,希望各位朋友批评指正。因为自己觉得图文并茂好像更容易理解一点,所以在博文中加了大量的图片,仅供参考。

本节我们主要学习以下两点,都是需要熟悉的点,第三节是总结,还是会放思维导图以供大家学习。

1,任务调度简介(熟悉)

2,任务状态(熟悉)

3,总结(掌握)

一、任务调度简介(熟悉)

调度器就是使用相关的调度算法来决定当前需要执行哪个程序。

FreeRTOS一支持三种调度方式:

  • 抢占式调度:主要是针对优先级不同的任务,每个任务都有一个优先级,优先级高的任务可以抢占 优先级低的任务。
  • 时间片调度:主要针对优先级相同的任务,当多个任务的优先级相同时,任务调度器会在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务。
  • 协程式调度:但前执行任务将会一直运行,同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务,FreeRTOS虽然现在还支持,但是官方表示已经不再更新协程式调度。

1.1 抢占式调度

运行条件:

1.创建三个任务:Task1、Task2、Task3

2.Task1、Task2、Task3的有优先级分别为1、2、3;在FreeRTOS中任务优先级设置的数值越大,优先级越高,所以Task3的优先级最高。

运行过程如下:

1.首先在Task1的运行中,在这个过程中Task2就绪了,在抢占式调度器的作用下Task2会抢占Task1的运行。

2.Task2运行过程中,Task3就绪了,在抢占式调度器的作用下Task3会抢占Task2的运行。

3.Task3运行过程中,Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时就绪态中,优先级最高的任务Task2执行。

4.Task3阻塞解除了(延时到了或者接收到信号量),此时Task3恢复到就绪态中,抢占Task2的运行。

总结:

1.高优先级任务,优先执行。

2.高优先级任务不停止,低优先级任务无法被执行。

3.被抢占的任务会进入就绪态。

1.2 时间片调度

同等优先级任务轮流地享有相同的CPU时间(可设置),叫时间片,在FreeRTOS中,一个时间片就等于SysTick中断周期。

运行条件:

1.创建三个任务:Task1、Task2、Task3

2.Task1、Task2、Task3的优先级均为1;即3个任务同等优先级

运行过程如下:

1.首先Task1运行完一个时间片后,切换至Task2运行

2.Task2运行完一个时间片后,切换至Task3运行

3.Task3运行过程中(还不到一个时间片),Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时,直接切换到下一个任务Task1

4.Task1运行完一个时间片后,切换至Task2运行

总结:同等有优先级任务,轮流执行;时间片流转

2.一个时间片大小,取决于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。

二、任务状态(熟悉)

FreeRTOS中任务共存在4种状态:

  • 运行态:正在执行的任务,该任务就处于运行状态,注意在STM32中,同一时间仅一个任务处于运行态
  • 就绪态:如果该任务已经能够被执行,但当前还未被执行,那么该任务就处于就绪状态
  • 阻塞态:如果一个任务因延时或等待外部事件发生,那么这个任务就处于阻塞态
  • 挂起态:类似与暂停,调用函数vTaskSuspend()进入挂起状态,需要调用解挂函数vTaskResume()才可以进入就绪状态

四种任务状态之间的转换关系图

总结:

1.仅就绪态可变成运行态

2.其他状态的任务想运行,必须便变成就绪态

FreeRTOS中无非就四种状态,运行态,就绪态,阻塞态,挂起态

这四种状态除了运行态,其它三种任务状态都有其对应的任务状态列表(该列表与数据结构中的链表相似,后续会展开说明,本节暂不列出)

 就绪列表X的取值是0-31,所以初始化之后有32个列表。

 32位的变量,当某个位,置1时,代表所对应的优先级就绪列表中有任务存在。

假设,创建三个任务分别是:task1、task2、task3,优先级分别是:1、2、3,假设将task3放在pxReadyTasksLists[3],task2放在pxReadyTasksLists[2],task1放在pxReadyTasksLists[1],此时我们的任务调度器就会从上往下进行搜寻,找变量中的某一位有没有被置1,直到找到变量被置1的任务,此时变量为1的任务,task3的优先级最高,就会将task3转为运行态,当task3进入阻塞态(就会将task3放入阻塞列表pxDelayedTaskList),或者挂起态时(将task3放入挂起列表pxSuspendedTaskList),那么在就绪列表中task3对应的那一位就会被置0,此时任务调度器继续从上往下进行搜寻,那么就会将task2转为运行态,同样的,假设task2进入阻塞态或者被挂起,那么就绪列表就只有task1,就只有task1进入运行态,除非task3阻塞时间到了,就会重新回到就绪列表,此时task3就会墙砖task1。

调度器总是在所有处于就绪列表的任务中,选择具有最高优先级的任务来执行。

如果,task1、task2、task3的优先级均为1,那么task1、task2、task3就都会挂载到pxReadyTasksLists[1]上,因为相同优先级的任务会连接到同一个就绪列表上,此时Task1会先运行一个时间片的时间,接着切换到Task2运行一个时间片,接着运行到Task3运行一个时间片,再接着回到Task1,这样轮流执行。

三、总结


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