FreeRTOS實時作業系統的任務通知方法

2022-04-07 19:00:25

前言

注：本文介紹任務通知的基礎知識，詳細原始碼分析見FreeRTOS進階《FreeRTOS高階篇8---FreeRTOS任務通知分析》

每個RTOS任務都有一個32位元的通知值，任務建立時，這個值被初始化為0。RTOS任務通知相當於直接向任務傳送一個事件，接收到通知的任務可以解除阻塞狀態，前提是這個阻塞事件是因等待通知而引起的。傳送通知的同時，也可以可選的改變接收任務的通知值。

可以通過下列方法向接收任務更新通知：

不覆蓋接收任務的通知值
覆蓋接收任務的通知值
設定接收任務通知值的某些位
增加接收任務的通知值

相對於用前必須分別建立佇列、二進位制號誌、計數號誌或事件組的情況，使用任務通知顯然更靈活。更好的是，相比於使用號誌解除任務阻塞，使用任務通知可以快45%、使用更少的RAM（使用GCC編譯器，-o2優化級別）。

使用API函數xTaskNotify()和xTaskNotifyGive()（中斷保護等價函數為xTaskNotifyFromISR()和vTaskNotifyGiveFromISR()）傳送通知，在接收RTOS任務呼叫API函數xTaskNotifyWait()或ulTaskNotifyTake()之前，這個通知都被保持著。如果接收RTOS任務已經因為等待通知而進入阻塞狀態，則接收到通知後任務解除阻塞並清除通知。

RTOS任務通知功能預設是使能的，可以通過在檔案FreeRTOSConfig.h中設定宏configUSE_TASK_NOTIFICATIONS為0來禁止這個功能，禁止後每個任務節省8位元組記憶體。

雖然RTOS任務通知速度更快並且佔用記憶體更少，但它也有一些限制：

只能有一個任務接收通知事件。

接收通知的任務可以因為等待通知而進入阻塞狀態，但是傳送通知的任務即便不能立即完成通知傳送也不能進入阻塞狀態。

1.傳送通知-方法1

1.1函數描述

         BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_txTaskToNotify,
                         uint32_t ulValue,
                         eNotifyAction eAction);

向指定任務傳送指定的通知值。如果打算使用RTOS任務通知實現輕量級的二進位制或計數號誌，推薦使用API函數xTaskNotifyGive()來代替本函數。

此函數不可以在中斷服務例程中呼叫，中斷保護等價函數為xTaskNotifyFromISR()。

1.2引數描述

xTaskToNotify：被通知的任務控制程式碼。

ulValue：通知更新值eAction：列舉型別，指明更新通知值的方法

列舉變數成員以及作用如下表所示。

1.3返回值

引數eAction為eSetValueWithoutOverwrite時，如果被通知任務還沒取走上一個通知，又接收到了一個通知，則這次通知值未能更新並返回pdFALSE，否則返回pdPASS。

2.傳送通知-方法2

2.1函數描述

BaseType_t xTaskNotifyGive(TaskHandle_t xTaskToNotify );

其實這是一個宏，本質上相當於xTaskNotify( ( xTaskToNotify ), ( 0 ), eIncrement )。可以使用該API函數代替二進位制或計數號誌，但速度更快。在這種情況下，應該使用API函數ulTaskNotifyTake()來等待通知，而不應該使用API函數xTaskNotifyWait()。

此函數不可以在中斷服務例程中呼叫，中斷保護等價函數為vTaskNotifyGiveFromISR()。

2.2引數描述

xTaskToNotify：被通知的任務控制程式碼。

2.3用法舉例

staticvoid prvTask1( void *pvParameters );
staticvoid prvTask2( void *pvParameters );
/* 儲存任務控制程式碼 */
staticTaskHandle_t xTask1 = NULL, xTask2 = NULL;
/* 建立兩個任務，它們之間反覆傳送通知，啟動RTOS排程器*/
voidmain( void )
{
    xTaskCreate( prvTask1, "Task1",200, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &xTask1 );
    xTaskCreate( prvTask2, "Task2",200, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &xTask2 );
    vTaskStartScheduler();
}
/*-----------------------------------------------------------*/
staticvoid prvTask1( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /*向prvTask2(),傳送通知，使其解除阻塞狀態 */
        xTaskNotifyGive( xTask2 );
 
        /* 等待prvTask2()的通知，進入阻塞 */
        ulTaskNotifyTake( pdTRUE, portMAX_DELAY);
    }
}
/*-----------------------------------------------------------*/
staticvoid prvTask2( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /* 等待prvTask1()的通知，進入阻塞 */
        ulTaskNotifyTake( pdTRUE, portMAX_DELAY);
        /*向prvTask1(),傳送通知，使其解除阻塞狀態 */
        xTaskNotifyGive( xTask1 );
    }
}

3.獲取通知

3.1函數描述

         uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_txClearCountOnExit,
                            TickType_txTicksToWait );

ulTaskNotifyTake()是專門為使用更輕量級更快的方法來代替二進位制或計數號誌而量身打造的。FreeRTOS獲取號誌的API函數為xSemaphoreTake()，可以使用ulTaskNotifyTake()函數等價代替。

當一個任務使用通知值來實現二進位制或計數號誌時，其它任務或者中斷要使用API函數xTaskNotifyGive()或者使用引數eAction為eIncrement的API函數xTaskNotify()。推薦使用xTaskNotifyGive()函數（其實是個宏，我們這裡把它看作一個API函數）。另外需要注意的是，如果在中斷中使用，要使用它們的中斷保護等價函數：vTaskNotifyGiveFromISR()和xTaskNotifyFromISR()。

API函數xTaskNotifyTake()有兩種方法處理任務的通知值，一種方法是在函數退出時將通知值清零，這種方法適用於實現二進位制號誌；另外一種方法是在函數退出時將通知值減1，這種方法適用於實現計數號誌。

如果RTOS任務的通知值為0，使用xTaskNotifyTake()可以可選的使任務進入阻塞狀態，直到該任務的通知值不為0。進入阻塞的任務不消耗CPU時間。

3.2引數描述

xClearCountOnExit：如果該引數設定為pdFALSE，則API函數xTaskNotifyTake()退出前，將任務的通知值減1；如果該引數設定為pdTRUE，則API函數xTaskNotifyTake()退出前，將任務通知值清零。

xTicksToWait：因等待通知而進入阻塞狀態的最大時間。時間單位為系統節拍週期。宏pdMS_TO_TICKS用於將指定的毫秒時間轉化為相應的系統節拍數。

3.3返回值

返回任務的當前通知值，為0或者為呼叫API函數xTaskNotifyTake()之前的通知值減1。

3.4用法舉例

/* 中斷處理程式。*/
voidvANInterruptHandler( void )
{
BaseType_txHigherPriorityTaskWoken;
    prvClearInterruptSource();
     /* xHigherPriorityTaskWoken必須被初始化為pdFALSE。如果呼叫vTaskNotifyGiveFromISR()會解除vHandlingTask任務的阻塞狀態，並且vHandlingTask任務的優先順序高於當前處於執行狀態的任務，則xHigherPriorityTaskWoken將會自動被設定為pdTRUE。*/
    xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    /*向一個任務傳送通知，xHandlingTask是該任務的控制程式碼。*/
    vTaskNotifyGiveFromISR( xHandlingTask,&xHigherPriorityTaskWoken );
    /* 如果xHigherPriorityTaskWoken為pdTRUE，則強制上下文切換。這個宏的實現取決於移植層，可能會呼叫portEND_SWITCHING_ISR */
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken );
}
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/* 一個因為等待通知而阻塞的任務。*/
voidvHandlingTask( void *pvParameters )
{
BaseType_txEvent;
    for( ;; )
    {
        /*等待通知，無限期阻塞。引數pdTRUE表示函數退出前會清零通知值。這顯然是用於替代二進位制號誌的用法。需要注意的是，真實的程式一般不會無限期阻塞。*/
        ulTaskNotifyTake( pdTRUE, portMAX_DELAY);
        /* 當處理完所有事件後，仍然等待下一個通知*/
        do
        {
            xEvent = xQueryPeripheral();
            if( xEvent != NO_MORE_EVENTS )
            {
                vProcessPeripheralEvent( xEvent);
            }
        } while( xEvent != NO_MORE_EVENTS );
    }
}

4.等待通知

4.1函數描述

         BaseType_t xTaskNotifyWait( uint32_tulBitsToClearOnEntry,
                             uint32_tulBitsToClearOnExit,
                             uint32_t*pulNotificationValue,
                             TickType_txTicksToWait );

如果打算使用RTOS任務通知實現輕量級的二進位制或計數號誌，推薦使用API函數ulTaskNotifyTake()來代替本函數。

4.2引數描述

ulBitsToClearOnEntry：在使用通知之前，先將任務的通知值與引數ulBitsToClearOnEntry的按位元取反值按位元與操作。設定引數ulBitsToClearOnEntry為0xFFFFFFFF(ULONG_MAX)，表示清零任務通知值。

ulBitsToClearOnExit：在函數xTaskNotifyWait()退出前，將任務的通知值與引數ulBitsToClearOnExit的按位元取反值按位元與操作。

設定引數ulBitsToClearOnExit為0xFFFFFFFF(ULONG_MAX)，表示清零任務通知值。

pulNotificationValue：用於向外回傳任務的通知值。這個通知值在引數ulBitsToClearOnExit起作用前將通知值拷貝到*pulNotificationValue中。如果不需要返回任務的通知值，這裡設定成NULL。

xTicksToWait：因等待通知而進入阻塞狀態的最大時間。時間單位為系統節拍週期。宏pdMS_TO_TICKS用於將指定的毫秒時間轉化為相應的系統節拍數。

4.3返回值

如果接收到通知，返回pdTRUE，如果API函數xTaskNotifyWait()等待超時，返回pdFALSE。

4.4用法舉例

/*這個任務使用任務通知值的位來傳遞不同的事件，這在某些情況下可以代替事件組。*/
voidvAnEventProcessingTask( void *pvParameters )
{
uint32_tulNotifiedValue;
    for( ;; )
    {
        /*等待通知，無限期阻塞（沒有超時，所以不用檢查函數返回值）。其它任務或者中斷設定的通知值中的不同位表示不同的事件。引數0x00表示使用通知前不清除任務的通知值位，引數ULONG_MAX 表示函數xTaskNotifyWait()退出前將任務通知值設定為0*/
        xTaskNotifyWait( 0x00, ULONG_MAX,&ulNotifiedValue, portMAX_DELAY );
 
        /*根據通知值處理事件*/
        if( ( ulNotifiedValue & 0x01 ) != 0)
        {
            prvProcessBit0Event();
        }
        if( ( ulNotifiedValue & 0x02 ) != 0)
        {
            prvProcessBit1Event();
        }
        if( ( ulNotifiedValue & 0x04 ) != 0)
        {
            prvProcessBit2Event();
        }
        /* ……*/
    }
}

5.任務通知並查詢

5.1函數描述

         BaseType_t xTaskNotifyAndQuery(TaskHandle_t xTaskToNotify,
                                 uint32_tulValue,
                                 eNotifyActioneAction,
                                 uint32_t*pulPreviousNotifyValue );

此函數與任務通知API函數xTaskNotify()非常像，只不過此函數具有一個附加引數，用來回傳任務當前的通知值，然後根據引數ulValue和eAction更新任務的通知值。

此函數不能在中斷服務例程中使用，在中斷服務例程中使用xTaskNotifyAndQueryFromISR()函數。

5.2引數描述