目录前言空闲任务阻塞延时SysTick实验现象前言 阻塞态:如果一个任务当前正在等待某个外部事件,则称它处于阻塞态。 rtos中的延时叫阻塞延时,即任务需要延时的时候,会放弃CPU的
阻塞态:如果一个任务当前正在等待某个外部事件,则称它处于阻塞态。
rtos中的延时叫阻塞延时,即任务需要延时的时候,会放弃CPU的使用权,进入阻塞状态。在任务阻塞的这段时间,CPU可以去执行其它的任务(如果其它的任务也在延时状态,那么 CPU 就将运行空闲任务),当任务延时时间到,重新获取 CPU 使用权,任务继续运行。
空闲任务:处理器空闲的时候,运行的任务。当系统中没有其他就绪任务时,空闲任务开始运行,空闲任务的优先级是最低的。
定义空闲任务:
#define portSTACK_TYPE uint32_t
typedef portSTACK_TYPE StackType_t;
#define configMINIMAL_STACK_SIZE ( ( unsigned short ) 128 )
StackType_t IdleTaskStack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
TCB_t IdleTaskTCB;
创建空闲任务:在vTaskStartScheduler调度器启动函数中创建。
typedef struct tskTaskControlBlock
{
volatile StackType_t *pxTopOfStack;
ListItem_t xStateListItem;
StackType_t *pxStack;
char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];
TickType_t xTicksToDelay;
} tskTCB;
typedef tskTCB TCB_t;
void vApplicationGetIdleTaskMemory( TCB_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,
StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,
uint32_t *pulIdleTaskStackSize )
{
*ppxIdleTaskTCBBuffer=&IdleTaskTCB;//空闲任务的任务控制块
*ppxIdleTaskStackBuffer=IdleTaskStack; //空闲任务的任务栈
*pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;//栈的大小
}
void vTaskStartScheduler( void )
{
TCB_t *pxIdleTaskTCBBuffer = NULL;
StackType_t *pxIdleTaskStackBuffer = NULL;
uint32_t ulIdleTaskStackSize;
vApplicationGetIdleTaskMemory( &pxIdleTaskTCBBuffer,
&pxIdleTaskStackBuffer,
&ulIdleTaskStackSize );
xIdleTaskHandle = xTaskCreateStatic( (TaskFunction_t)prvIdleTask,
(char *)"IDLE",
(uint32_t)ulIdleTaskStackSize ,
(void *) NULL,
(StackType_t *)pxIdleTaskStackBuffer,
(TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer );
vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[0] ), &( ((TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer)->xStateListItem ) );
pxCurrentTCB = &Task1TCB;
xTickCount = ( TickType_t ) 0U;
if( xPortStartScheduler() != pdfALSE )
{
}
}
//下面是空闲任务的任务入口,看到,里面什么都没做
//这个我用debug发现一直卡到这个for不动了。
//通过单步运行,发生了中断,程序也无法进入中断。
static portTASK_FUNCTION( prvIdleTask, pvParameters )
{
( void ) pvParameters;
for(;;)
{
}
}
任务函数如下:延时函数由软件延时替代为阻塞延时。
void Task1_Entry( void *p_arg )
{
for( ;; )
{
#if 0
flag1 = 1;
delay( 100 );
flag1 = 0;
delay( 100 );
portYIELD();
#else
flag1 = 1;
vTaskDelay( 2 );
flag1 = 0;
vTaskDelay( 2 );
#endif
}
}
任务函数里面调用了vTaskDelay阻塞延时函数,如下。
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;
pxTCB = pxCurrentTCB;
pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;
taskYIELD();
}
然后vTaskDelay里面调用了taskYIELD函数,如下。目的是产生PendSV中断,进入PendSV中断服务函数。
#define portNVIC_INT_CTRL_REG ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000ed04 ) )
#define portNVIC_PENDSVSET_BIT ( 1UL << 28UL )
#define portSY_FULL_READ_WRITE ( 15 )
#define portYIELD() \
{ \
\
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT; \ \
\
__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE ); \
__isb( portSY_FULL_READ_WRITE ); \
}
PendSV中断服务函数如下,里面调用了vTaskSwitchContext上下文切换函数,目的是寻找最高优先级的就绪任务,然后更新pxCurrentTCB。
__asm void xPortPendSVHandler( void )
{
// extern uxCriticalNesting;
extern pxCurrentTCB;
extern vTaskSwitchContext;
PRESERVE8
mrs r0, psp
isb
ldr r3, =pxCurrentTCB
ldr r2, [r3]
stmdb r0!, {r4-r11}
str r0, [r2]
stmdb sp!, {r3, r14}
mov r0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
msr basepri, r0
dsb
isb
bl vTaskSwitchContext
mov r0, #0
msr basepri, r0
ldmia sp!, {r3, r14}
ldr r1, [r3]
ldr r0, [r1]
ldmia r0!, {r4-r11}
msr psp, r0
isb
bx r14
nop
}
vTaskSwitchContext上下文切换函数如下。
任务需要延时的时候,会放弃CPU的使用权,进入阻塞状态。在任务阻塞的这段时间,CPU可以去执行其它的任务(如果其它的任务也在延时状态,那么 CPU 就将运行空闲任务),当任务延时时间到,重新获取 CPU 使用权,任务继续运行。
void vTaskSwitchContext( void )
{
if( pxCurrentTCB == &IdleTaskTCB )//如果当前线程是空闲线程
{
if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)//如果线程1延时时间结束
{
pxCurrentTCB =&Task1TCB;//切换到线程1
}
else if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)//如果线程2延时时间结束(线程1在延时中)
{
pxCurrentTCB =&Task2TCB;//切换到线程2
}
else
{
return;
}
}
else//当前任务不是空闲任务
{
if(pxCurrentTCB == &Task1TCB)//如果当前线程是线程1
{
if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)//如果线程2不在延时中
{
pxCurrentTCB =&Task2TCB;//切换到线程2
}
else if(pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)//如果线程1进入延时状态(线程2也在延时中)
{
pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;//切换到空闲线程
}
else
{
return;
}
}
else if(pxCurrentTCB == &Task2TCB)//如果当前线程是线程2
{
if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)//如果线程1不在延时中
{
pxCurrentTCB =&Task1TCB;//切换到线程1
}
else if(pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)//如果线程2进入延时状态(线程1也在延时中)
{
pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;//切换到空闲线程
}
else
{
return;
}
}
}
}
由上面代码可知,vTaskSwitchContext上下文切换函数通过看xTicksToDelay是否为零,来判断任务已经就绪or继续延时。
xTicksToDelay以什么周期递减,在哪递减。这个周期由SysTick中断提供。
SysTick是系统定时器,重装载数值寄存器的值递减到0的时候,系统定时器就产生一次中断,以此循环往复。
下面是SysTick的初始化。
//main函数里面
vTaskStartScheduler();
//task.c里面调用了xPortStartScheduler函数
void vTaskStartScheduler( void )
{
//.....省略部分代码
if( xPortStartScheduler() != pdFALSE )
{
}
}
//port.c里面
//xPortStartScheduler调度器启动函数,里面调用了vPortSetupTimerInterrupt函数初始化SysTick
BaseType_t xPortStartScheduler( void )
{
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_PENDSV_PRI;
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_SYSTICK_PRI;
vPortSetupTimerInterrupt();
prvStartFirstTask();
return 0;
}
//system_ARMCM4.c文件
#define XTAL (50000000UL)
#define SYSTEM_CLOCK (XTAL / 2U)
//FreeRTOSConfig.h文件
//系统时钟大小
#define confiGCPU_CLOCK_HZ ( ( unsigned long ) 25000000 )
//SysTick每秒中断多少次,配置成100,10ms中断一次
#define configTICK_RATE_HZ ( ( TickType_t ) 100 )
//下面初始化SysTick
#define portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e010 ) )
#define portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e014 ) )
#ifndef configSYSTICK_CLOCK_HZ
#define configSYSTICK_CLOCK_HZ configCPU_CLOCK_HZ//configSYSTICK_CLOCK_HZ=configCPU_CLOCK_HZ
#define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT ( 1UL << 2UL )//无符号长整形32位二进制,左移两位
#else
#define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT ( 0 )
#endif
#define portNVIC_SYSTICK_INT_BIT ( 1UL << 1UL )
#define portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT ( 1UL << 0UL )
//初始化SysTick的函数如下
void vPortSetupTimerInterrupt( void )
{
portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |
portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |
portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );
}
初始化好SysTick,下面看看SysTick的中断服务函数。
现在就明白了,xTicksToDelay是以SysTick的中断周期递减的。
// port.c文件,SysTick中断服务函数
//里面调用了xTaskIncrementTick函数更新系统时基
void xPortSysTickHandler( void )
{
vPortRaiseBASEPRI();
xTaskIncrementTick();
vPortClearBASEPRIFromISR();
}
//task.c文件,
static volatile TickType_t xTickCount = ( TickType_t ) 0U;
void xTaskIncrementTick( void )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;
BaseType_t i = 0;
const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;
xTickCount = xConstTickCount;//把xTickCount加1
for(i=0; i<configMAX_PRIORITIES; i++)
{
pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( ( &pxReadyTasksLists[i] ) );
if(pxTCB->xTicksToDelay > 0)
{
pxTCB->xTicksToDelay --;
}
}
portYIELD();
}
这个里面就可以看到,高电平时间是20ms,刚好是阻塞延时的20ms。而且两个任务波形相同,好像是CPU在同时做两件事。这就是阻塞延时的好处。
为什么呢,
一开始,所有任务都没有进入延时。
当一个任务放弃CPU后(进入延时),这一瞬间,CPU立即转向运行另一个任务(另一个任务也立即进入延时)。这是因为uvTaskDelay阻塞延时函数里面调用了taskYIELD()任务切换函数。所以产生PendSV中断,进入PendSV中断服务函数xPortPendSVHandler。
在那个PendSV中断服务函数里面,调用vTaskSwitchContext上下文切换函数,由于现在两个任务都在延时过程中,就开始切到空闲任务。
等到重装载数值寄存器的值递减到0的时候,系统定时器就产生一次中断,进入系统定时器的中断函数中,改变xTicksToDelay,然后再次调用任务切换函数portYIELD()。目的是产生PendSV中断,进入PendSV中断服务函数。
然后再次调用vTaskSwitchContext上下文切换函数,判断现在两个任务是否还在延时,如果任务1不在延时,那么立即切到任务1,任务1里面又调用uvTaskDelay阻塞延时函数,再次套娃重复上面的活动。
所以波形上几乎同步。
之前用软件延时在任务函数里面写delay(100),这就属于cpu一直跑这个delay,跑完了才进行任务切换,如下图所示,一个任务高低电平全搞完,才切到下一个任务。
以上就是freertos实时操作系统空闲任务阻塞延时示例解析的详细内容,更多关于freertos空闲任务阻塞延时的资料请关注编程网其它相关文章!
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本文标题: freertos实时操作系统空闲任务阻塞延时示例解析
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