FreeRTOS 空閒任務與阻塞延遲實現

在裸機執行中，我們是使用軟體延時來實現延時的功能（delay()），即是讓cpu空等來達到延時的目的。使用rtos的很大優勢就是榨乾cpu效能，永遠不讓他閒著，任務需要延時也就不需要讓cpu空等來實現延時的效果。

rtos中的延時叫做阻塞延時，即任務需要延時的時候，任務會放棄cpu的使用權，cpu可以去幹其他的事情，當任務延時時間到，重新獲取cpu使用權，任務繼續執行。這樣就可以充分利用cpu資源了。

當任務進入阻塞狀態，如果沒有其他任務可以執行，rtos都會為cpu建立乙個空閒任務，這個時候cpu就去執行空閒任務。在freertos中，空閒任務是系統在【啟動排程器】的時候建立的優先順序最低的任務，空閒任務主要做一些系統記憶體清理的任務。

目前我們在建立任務時使用的棧和tcb都是使用的靜態記憶體，即預先定義好的記憶體，空閒任務也不例外。

空閒任務的棧在main.c 中定義：

/* 定義空閒任務的棧 */
#define configminimal_stack_size ( ( unsigned short ) 128 ) (2)
stacktype_t idletaskstack[configminimal_stack_size];(
1)

(1)：空閒任務的棧是乙個定義好的陣列，大小由freertosconfig.h 中

定義的巨集 configminimal_stack_size 控制，大小為128，單位是字。

空閒任務的任務控制塊在main.c中定義：

/* 定義空閒任務的任務控制塊 */

tcb_t idletasktcb;

空閒任務在排程器啟動函式vtaskstartscheduler()中建立：

extern tcb_t idletasktcb;
void
( tcb_t *
*ppxidletasktcbbuffer,
stacktype_t *
*ppxidletaskstackbuffer,
uint32_t *pulidletaskstacksize )
;void
vtaskstartscheduler
(void
)}

void ( tcb_t * *ppxidletasktcbbuffer, stacktype_t * *ppxidletaskstackbuffer, uint32_t *pulidletaskstacksize )

（2）：呼叫 xtaskcreatestatic()函式建立空閒任務。

（3）：將空閒任務插入到就緒列表的開頭。

阻塞延時的阻塞是指任務呼叫該延時函式後，任務會被剝離cpu使用權，然後進入阻塞狀態，直到延時結束，任務重新獲取cpu使用權才可以繼續執行。在任務阻塞這段時間，cpu可以去執行其他的任務，如果其他任務也處於阻塞狀態，cpu就會執行空閒任務。

void
vtaskdelay
(const ticktype_t xtickstodelay )

（1）：獲取當前任務控制塊。

（2）：xtickstodelay是任務控制塊的乙個成員，用於記錄需要延時的時間，單位為systick的中斷週期。

xtickstodelay定義：

typedef
struct tsktaskcontrolblock
tsktcb;

（3）：任務切換。呼叫taskyield()會產生pendsv中斷，在pendsv中斷服務函式終會呼叫任務切換函式vtaskswitchcontext()，該任務的作用是尋找最高優先順序的就緒任務，然後更新pxcurrenttcb.因為這一章比上一章多乙個空閒任務，需要讓pxcurrenttcb 在這三個任務中切換，演算法需要改變，vtaskswitchcontext()函式修改如下：

void
vtaskswitchcontext
(void
)else
if(task2tcb.xtickstodelay ==0)
else
}else
/* 當前任務不是空閒任務則會執行到這裡 */(2
)else
if(pxcurrenttcb->xtickstodelay !=0)
else
}else
if(pxcurrenttcb ==
&task2tcb)
else
if(pxcurrenttcb->xtickstodelay !=0)
else}}
}

在任務上下文切換函式 vtaskswitchcontext ()中，會判斷每個任務的任務控制塊中的延時成員xtickstodelay的值是否為0，如果為0就要將對應的任務就緒，如果不為0就繼續延時。如果乙個任務延時，一開始xtickstodelay不為0，當xtickstodelay變為0後表示延時結束。在freertos中，作業系統中的最小時間單位是systick的中斷週期，我們稱之為乙個tick ，xtickstodelay就是以tick為週期遞減的。

systick 中斷服務函式：

void
xportsystickhandler
(void
)

xtaskincrementtick()函式

void
xtaskincrementtick
(void)}
/* 執行一次任務切換 */(3
)portyield()
;}

systick 的中斷服務函式要想被順利執行，則 systick 必須先初始化systick 初始化函式在 port.c 中定義。

vportsetuptimerinterrupt()函式：

/* systick 控制暫存器 */(1
)#define portnvic_systick_ctrl_reg (*((volatile uint32_t *) 0xe000e010 ))
/* systick 重裝載暫存器暫存器 */
#define portnvic_systick_load_reg (*((volatile uint32_t *) 0xe000e014 ))
/* systick 時鐘源選擇 */
#ifndef configsystick_clock_hz
#define configsystick_clock_hz configcpu_clock_hz
/* 確保 systick 的時鐘與核心時鐘一致 */
#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)(
2)

systick 初始化函數 vportsetuptimerinterrupt() ，在

xportstartscheduler()中被呼叫。

basetype_t xportstartscheduler
(void
)

(2)-①：設定重裝載暫存器的值，決定systick 的中斷週期。

configcpu_clock_hz 與 configtick_rate_hz 巨集定義：

#define configcpu_clock_hz (( unsigned long ) 25000000) (1)
#define configtick_rate_hz (( ticktype_t ) 100) (2)

（1）：系統時鐘大小，目前是軟體**，需要配置成與system_armcm3.c檔案中的 system_clock的一樣，即等於 25m。如果有具體的硬體，則配置成與硬體系統時鐘一樣。

（2）：systick 每秒中斷多少次，目前配置為 100，即每 10ms 中斷一次。

(2)-②：設定系統定時器的時鐘等於核心時鐘，使能 systick 定時器中斷，使能 systick 定時器。

參考：[野火®]《freertos 核心實現與應用開發實戰—基於stm32》

FreeRTOS 空閒任務與阻塞延遲實現

freeRTOS 空閒任務與阻塞延時 1

四 FreeRTOS 空閒任務與阻塞延時

FreeRtos 空閒任務與空閒任務鉤子函式

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