FreeRTOS实时操作系统空闲任务的阻塞延时怎么实现

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什么是阻塞延时、为什么需要空闲任务

RTOS中的延时叫阻塞延时，即任务需要延时时，任务会放弃cpu使用权，cpu转而去做其他的事，当任务延时时间到后，任务重新请求获得cpu使用权。
但当所有的任务都处于阻塞后，为了不让cpu空闲没事干就需要一个空闲任务让cpu干活。

空闲任务的实现

空闲任务实现和创建普通任务没区别，空闲任务在调用vTaskStartScheduler函数内部创建，如下

//定义空闲栈 #define configMINIMAL_STACK_SIZE ( ( unsigned short ) 128 ) StackType_t IdleTaskStack[configMINIMAL_STACK_SIZE]; //空闲任务任务控制块 TCB_t IdleTaskTCB; //设置空闲任务的参数 void vApplicationGetIdleTaskMemory( TCB_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,                                    StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,                                    uint32_t *pulIdleTaskStackSize ){  *ppxIdleTaskTCBBuffer=&IdleTaskTCB;  *ppxIdleTaskStackBuffer=IdleTaskStack;  *pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;}void vTaskStartScheduler(void){        TCB_t *pxIdleTaskTCBBuffer = NULL;//空闲任务控制块指针        StackType_t *pxIdleTaskStackBuffer = NULL;//空闲任务栈指针        uint32_t ulIdleTaskStackSize;       //空闲任务栈大小                //设置空闲任务参数        vApplicationGetIdleTaskMemory(&pxIdleTaskTCBBuffer,                                                                                                                                &pxIdleTaskStackBuffer,                                                                                                                                &ulIdleTaskStackSize);        //创建空闲任务        xIdleTaskHandle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)prvIdleTask,                                                                                (char *)"IDLE",                                                                                (uint32_t)ulIdleTaskStackSize,                                                                                (void*)NULL,                                                                                (StackType_t*)pxIdleTaskStackBuffer,                    (TCB_t*)pxIdleTaskTCBBuffer);  //将空闲任务添加到就绪列表  vListInsertEnd(&(pxReadyTasksLists[0]),&(((TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer)->xStateListItem));        //手动指定第一个要运行的任务        pxCurrentTCB = &Task1TCB;        //启动调度器        if(xPortStartScheduler()!=pdFALSE)        {                //启动成功则不会运行到这里        }}

阻塞延时的实现

阻塞延时需要用xTicksToDelay，这个时TCB中的一个成员，用于记录还要阻塞多久。

typedef struct tskTaskControlBlock{        volatile StackType_t * pxTopOfStack;        ListItem_t xStateListItem;         StackType_t * pxStack; ·        char pcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN];        TickType_t xTicksToDelay; //用于延时}tskTCB;

所以阻塞延时就是这样实现

void vTaskDelay(const TickType_t xTicksToDelay){          TCB_t *pxTCB = NULL;          pxTCB = pxCurrentTCB;          //设置延时时间          pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;          //进行一次任务切换          taskYIELD();}

由于引入了阻塞延时，所以任务切换函数需要改写，因为当所有任务阻塞后，需要切换至空闲任务运行

void vTaskSwitchContext( void ){   //如果当前时空闲任务，尝试去执行任务1或任务2,如果他们延时时间都没到则继续执行空闲任务        if( pxCurrentTCB == &IdleTaskTCB )        {                        if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)                        {                                  pxCurrentTCB =&Task1TCB;                        }      else if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)                  {                      pxCurrentTCB =&Task2TCB;                  }      else      {          return;      }  } else  //当前任务不是空闲任务会执行到这里 {    //当前任务时任务1或任务2的话，检查另一个任务      //如果另外的任务不在延时中，会切换到该任务      //否则，判断当前任务是否在延时中，是则切换到空闲任务，      //否则，不进行任何切换                 if (pxCurrentTCB == &Task1TCB)                 {                                 if (Task2TCB.xTicksToDelay == 0)                                 {                                                        pxCurrentTCB =&Task2TCB;                                 }                                 else if (pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)                                 {                                                        pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;                                 }                                 else                                 {                                                        return;                                 }                 }                 else if (pxCurrentTCB == &Task2TCB)                 {                                 if (Task1TCB.xTicksToDelay == 0)                                 {                                         pxCurrentTCB =&Task1TCB;                                 }                                 else if (pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)                                 {                                         pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;                                 }                                 else                                 {                                         return;                                 }                 } }}

xTicksToDelay 递减

vTaskDelay中设置了xTicksToDelay成员后，是通过SystTick中断来实现递减操作的

void xPortSysTickHandler( void ){ int x = portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(); xTaskIncrementTick(); portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(x);}void xTaskIncrementTick( void ){         TCB_t *pxTCB = NULL;         BaseType_t i = 0;         const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;         xTickCount = xConstTickCount;         for (i=0; ixTicksToDelay > 0)         {         pxTCB->xTicksToDelay --; //这里递减         }         }         portYIELD();}

SysTick初始化

//systick控制寄存器#define portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG (*((volatile uint32_t *) 0xe000e010 ))//systick重装载寄存器#define portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG (*((volatile uint32_t *) 0xe000e014 ))//systick时钟源选择#ifndef configSYSTICK_CLOCK_HZ        #define configSYSTICK_CLOCK_HZ configCPU_CLOCK_HZ    #define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT ( 1UL << 2UL )#else    #define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT ( 0 )#endif#define portNVIC_SYSTICK_INT_BIT ( 1UL << 1UL )#define portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT ( 1UL << 0UL )void vPortSetupTimerInterrupt( void ){    //重装载计数器值        portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;    //设置systick时钟使用内核时钟    //使能systick定时器中断    //使能systick定时器        portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |        portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |        portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );}

在FreeRTOSConfig.h中

#define configCPU_CLOCK_HZ (( unsigned long ) 25000000)#define configTICK_RATE_HZ (( TickType_t ) 100)

configSYSTICK_CLOCK_HZ是没有定义的，所以configSYSTICK_CLOCK_HZ使用的是configCPU_CLOCK_HZ

仿真

portCHAR flag1;portCHAR flag2;TaskHandle_t Task1_Handle;StackType_t Task1Stack[128];TCB_t Task1TCB;TaskHandle_t Task2_Handle;StackType_t Task2Stack[128];TCB_t Task2TCB;void Task1_Fntry(void *arg){        while(1)        {                    flag1=1;                  vTaskDelay( 2 );                  flag1=0;                  vTaskDelay( 2 );        }}void Task2_Fntry(void *arg){        while(1)        {                    flag2=1;                  vTaskDelay( 2 );                  flag2=0;                  vTaskDelay( 2 );        }}        int main(void)        {                prvInitialiseTaskLists();                Task1_Handle = xTaskCreateStatic(Task1_Fntry,"task1",128,NULL,Task1Stack,&Task1TCB);                vListInsertEnd(&pxReadyTasksLists[1],&((&Task1TCB)->xStateListItem));                Task2_Handle = xTaskCreateStatic(Task2_Fntry,"task2",128,NULL,Task2Stack,&Task2TCB);                vListInsertEnd(&pxReadyTasksLists[2],&((&Task2TCB)->xStateListItem));                vTaskStartScheduler();                for(;;)                {}        }

可以看到2个task是同步运行的，且延时是20ms

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