本帖最后由 CHENQIGUANG1998 于 2023-9-27 16:41 编辑
在 FreeRTOS 中，有许多高级特性和编程技巧，这些特性可以帮助您更好地管理系统资源，提高系统性能，并避免一些常见的编程错误。在本文中，我们将深入探讨以下几个主题：动态任务创建和删除、优先级继承和避免死锁、时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）、软件定时器（Software Timer）以及 FreeRTOS 的内存管理。
动态任务创建和删除
在 FreeRTOS 中，任务的创建和删除可以在运行时进行。这是一个强大的功能，因为它允许我们在系统运行时动态地调整任务的数量和优先级。
创建任务
要动态地创建一个任务，我们可以使用 xTaskCreate() 函数。这个函数的原型如下：
BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
const char * const pcName,
const uint16_t usStackDepth,
void * const pvParameters,
UBaseType_t uxPriority,
TaskHandle_t * const pxCreatedTask );
删除任务
要删除一个任务，我们可以使用 vTaskDelete() 函数。这个函数的原型如下：
void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );
优先级继承和避免死锁
在 FreeRTOS 中，有一种叫做优先级继承的机制，这种机制可以避免死锁的发生。当一个任务持有多个互斥量（mutex）时，如果另一个任务尝试获取这些互斥量，那么它的优先级将被提高到当前持有互斥量的任务的优先级。这就是优先级继承。
时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）
FreeRTOS 提供了时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）的功能。每个任务都被分配一个固定长度的时间片（time slice），在这个时间片内，任务可以执行。当时间片用完时，调度器会切换到下一个任务。这种调度策略可以防止一个任务长时间占用 CPU 时间，从而使得其他任务得不到执行。要实现这个功能，可以使用 configUSE_TIME_SLICING 宏。
软件定时器（Software Timer）
FreeRTOS 提供了软件定时器的功能。软件定时器可以在指定的时间间隔后触发一个回调函数。这对于需要定时触发某些操作的应用非常有用。要使用软件定时器，需要使用 xTimerCreate() 函数创建一个定时器，然后使用 xTimerStart() 函数启动它。当定时器到期时，会调用一个回调函数。这个回调函数的原型如下：
void vTimerCallbackFunction( TimerHandle_t xTimer );
FreeRTOS 的内存管理
FreeRTOS 提供了一套内存管理机制，可以帮助开发者更有效地管理系统内存。FreeRTOS 的内存管理基于分区（partition）的概念。内存被分成若干个分区，每个分区可以包含一个或多个块（block）。每个块的大小固定，而分区的大小可以动态调整。要使用 FreeRTOS 的内存管理功能，需要使用 pvPortMalloc() 和 vPortFree() 函数来分配和释放内存。
以下准备了一些代码示例：
动态任务创建和删除
在FreeRTOS中，可以在运行时动态地创建和删除任务。以下是一个示例代码，展示了如何动态地创建和删除任务：
// 包含FreeRTOS头文件
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
// 定义一个任务函数，该函数将在新创建的任务中执行
void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
// 任务代码
}
int main(void)
{
// 创建一个任务句柄变量
TaskHandle_t xCreatedTask;
// 创建一个任务，并将其句柄存储在xCreatedTask中
if (xTaskCreate(vTaskFunction, "TaskName", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tkIDLE_PRIORITY, &xCreatedTask) == pdPASS)
{
// 任务创建成功，可以启动任务调度器
vTaskStartScheduler();
}
else
{
// 任务创建失败，处理错误
}
// 删除任务
vTaskDelete(xCreatedTask);
return 0;
}
优先级继承和避免死锁
FreeRTOS提供了优先级继承机制来避免死锁。以下是一个示例代码，展示了如何使用优先级继承来避免死锁：
// 包含FreeRTOS头文件
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"
// 定义一个任务函数，该函数将在新创建的任务中执行
void vTaskFunction1(void *pvParameters)
{
// 任务代码
}
void vTaskFunction2(void *pvParameters)
{
// 任务代码
}
int main(void)
{
// 创建两个任务句柄变量
TaskHandle_t xTask1, xTask2;
// 创建一个互斥量句柄变量
SemaphoreHandle_t xMutex;
// 创建两个任务
xTaskCreate(vTaskFunction1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tkIDLE_PRIORITY, &xTask1);
xTaskCreate(vTaskFunction2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tkIDLE_PRIORITY, &xTask2);
// 创建一个互斥量，用于保护共享资源
xMutex = xSemaphoreCreateMutex();
// 在任务1中使用互斥量访问共享资源
xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY); // 获取互斥量，如果获取成功则继续执行，否则阻塞当前任务直到获取成功或超时
// 访问共享资源的代码
xSemaphoreGive(xMutex); // 释放互斥量，允许其他任务获取互斥量访问共享资源
}
时间片轮转调度
FreeRTOS 提供了时间片轮转调度（Round-Robin Scheduling）的机制，用于均衡地分配 CPU 时间给各个任务。以下是一个示例代码，展示了如何使用时间片轮转调度：
// 包含FreeRTOS头文件
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
// 定义两个任务函数，分别在不同的时间片内执行
void vTaskFunction1(void *pvParameters)
{
// 任务代码
for( ;; )
{
// 在这里执行任务1的代码
// ...
}
}
void vTaskFunction2(void *pvParameters)
{
// 任务代码
for( ;; )
{
// 在这里执行任务2的代码
// ...
}
}
int main(void)
{
// 创建两个任务句柄变量
TaskHandle_t xTask1, xTask2;
// 创建两个任务，并指定时间片长度
xTaskCreate(vTaskFunction1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tkHIGHEST_PRIORITY, &xTask1);
xTaskCreate(vTaskFunction2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tkHIGHEST_PRIORITY - 1, &xTask2);
// 设置时间片轮转调度器的时间片长度
vTaskSetTimeOutState(&xTimeOutState);
xTimeOutState.pxTaskToSwitchTo = &xTask2; // 切换到任务2的时间片结束时，将切换回任务1的时间片
xTimeOutState.ulTimeOutDelta = pdMS_TO_TICKS(5000); // 设置时间片长度为 5 秒
// 启动时间片轮转调度器
vTaskStartScheduler();
return 0;
}
软件定时器
FreeRTOS 提供了软件定时器的功能，可以在指定的时间间隔后触发一个回调函数。以下是一个示例代码，展示了如何使用软件定时器：
// 包含FreeRTOS头文件
#include "FreeRTOS.h"
#include "timer.h"
#include "task.h"
// 定义一个定时器回调函数，该函数将在定时器到期时被调用
void vTimerCallbackFunction( TimerHandle_t xTimer )
{
// 定时器回调函数的代码
// ...
}
int main(void)
{
// 创建定时器句柄变量
TimerHandle_t xTimer;
// 创建定时器，并指定回调函数、定时器时长和参数
xTimer = xTimerCreate(NULL, pdMS_TO_TICKS(1000), pdFALSE, NULL, vTimerCallbackFunction);
if (xTimer != NULL)
{
// 启动定时器
xTimerStart(xTimer, portMAX_DELAY);
}
else
{
// 定时器创建失败，处理错误
}
// 其他代码...
return 0;
}
