FreeRTOS--任务通知方式

一.任务通知(Task Notifications)介绍

FreeRTOS 每个已经创建的任务都有一个任务控制块（ task control block），任务控制块就是一个结构体变量，用于记录任务的相关信息。结构体变量中有一个 32 位的变量成员 ulNotifiedValue 是专门用于任务通知的。通过任务通知方式可以实现计数信号量， 二值信号量，事件标志组和消息邮箱（消息邮箱就是消息队列长度为 1 的情况）。

任务通知方式实现的计数信号量，二值信号量，事件标志组和消息邮箱是通过修改变量ulNotifiedValue 实现的：

 设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以实现消息邮箱。

 如果接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 还没有被其接收到，也可以用新数据覆盖原有数据，这就是覆盖方式的消息邮箱。

 设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 的 bit0-bit31 数值可以实现事件标志组。

 设置接收任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 数值进行加一或者减一操作可以实现计数信号量和二值信号量。

二、通知任务计数信号量

1.任务计数信号量概念及其作用

FreeRTOS 计数信号量的另一种实现方式--基于任务通知（ Task Notifications）的计数信号量，这里我们将这种方式实现的计数信号量称之为任务计数信号量。任务计数信号量效率更高，需要的 RAM 空间更小。实际项目中，如果使用计数信号量和任务计数信号量都能实现相应功能，强烈建议使用任务计数信号量。

2.任务计数信号量 API 函数

1）函数 xTaskNotifyGive 用于任务中释放信号量（含任务二值信号量，任务计数信号量）

BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify ); /* 任务句柄 */

返回：pdPASS

注意：此函数用于任务代码中调用，不可在中断服务程序中调用！！！

2）函数 vTaskNotifyGiveFromISR用于中断中释放信号量(含任务二值信号量, 任务计数信号量）

void vTaskNotifyGiveFromISR(

TaskHandle_t xTaskToNotify, /* 任务句柄 */

BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken ); /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */

3）函数 ulTaskNotifyTake 从调用任务的任务控制块中检索通知值，并可选地清除该值

uint32_t ulTaskNotifyTake(

BaseType_t xClearCountOnExit, /* 选择是否清零用于任务通知的 ulNotifiedValue */

TickType_t xTicksToWait ); /* 等待信号量可用的最大等待时间 */

参数：

xClearCountOnExit

如果收到 RTOS 任务通知且 xClearCountOnExit 设置为 pdFALSE，则 RTOS 任务的通知值在 ulTaskNotifyTake() 退出之前递减。这等同于通过成功调用 xSemaphoreTake() 而递减计数信号量的值。

如果收到 RTOS 任务通知且 xClearCountOnExit 设置为 pdTRUE，则 RTOS 任务的通知值在 ulTaskNotifyTake() 退出之前重设为 0。这等同于在成功调用 xSemaphoreTake() 后将二进制信号量的值保留为 0 （或为空，或为“不可用” ）。

xTicksToWait

在阻塞状态下等待接收通知的最长时间，如果通知在 ulTaskNotifyTake() 被调用时尚未挂起。

处于阻塞状态的 RTOS 任务不会消耗任何 CPU 时间。

时间以 RTOS tick 周期为单位。宏 pdMS_TO_TICKS() 可以将以毫秒为单位的时间转换为以 tick 为单位的时间。

返回：被递减或清除之前的任务通知值的值

三、通知任务二值信号量

1、二值信号量的概念及其作用

多次调用函数 xTaskNotifyGive ()难免会出现计数值大于 1 的情况，用作任务二值信号量时，我们可以将所有大于 1 的计数理解为一种情况，即二值信号量管理的资源可用。因此，不管当前的计数是多少，大于 0 的计数在通过函数 ulTaskNotifyTake()获取二值信号量的时候统一清零，这样就实现了二值信号量的功能。实际项目中，如果使用二值信号量和任务二值信号量都能实现相应功能，强烈建议使用任务二值信号量。

2.任务二值信号量 API 函数

函数以及用法与任务计数信号量基本相同。

四、任务事件标志组

1、任务事件标志组的概念及其作用

任务事件标志组与事件标志组要实现的功能是一样的，不同的是调用的函数和支持的事件标志个数， 任务事件标志组支持 32 个事件标志设置， 事件标志组，每创建一个支持 24 个事件标志设置。实际项目中，如果使用事件标志组和任务事件标志组都能实现相应功能，强烈建议使用任务事件标志组。

2、任务事件标志组 API 函数

1）函数 xTaskNotify

BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, /* 任务句柄 */uint32_t ulValue,           /* 更新任务控制块中的变量 ulNotifiedValue */eNotifyAction eAction );   /* 任务通知模式设置 */

参数：

xTaskToNotify	正在通知的 RTOS 任务的句柄。
ulValue	用于更新目标任务的通知值。请参阅下面 eAction 参数的说明。
eAction	一种枚举类型，可以采用下表中记录的值之一来执行相关操作。

eAction 设置	已执行的操作
eNoAction	目标任务接收事件，但其通知值未更新。在这种情况下，不使用 ulValue。
eSetBits	目标任务的通知值使用 ulValue 按位或运算。例如，如果 ulValue 设置为 0x01，则将在目标任务的通知值中设置位 0。同样，如果 ulValue 为 0x04，则将在目标任务的通知值中设置位 2。通过这种方式，RTOS 任务通知机制可以用作事件组的轻量级替代方案。
eIncrement	目标任务的通知值自增 1，使得调用 xTaskNotify() 相当于调用 xTaskNotifyGive()。在这种情况下，不使用 ulValue。
eSetValueWithOverwrite	目标任务的通知值无条件设置为 ulValue。因此， RTOS 任务通知机制可用作 xQueueOverwrite() 的轻量级替代方案。
eSetValueWithoutOrwrite	如果目标任务没有挂起的通知，则其通知值将设置为 ulValue。如果目标任务已经有挂起的通知，则不会更新其通知值，因为这样做会覆盖之前使用的值。在这种情况下，调用 xTaskNotify() 失败，返回 pdFALSE。因此，RTOS 任务通知机制可在长度为 1 的队列上用作 xQueueSend() 在长度为的轻量级替代方案。

返回：

除了 eAction 被设置为 eSetValueWithoutOverwrite 且目标任务的通知值因目标任务已有挂起的通知而无法更新之外，在所有情况下均返回 pdPASS。

函数 xTaskNotify 通过设置任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以在任务代码中实现任务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息通知。

2）函数 xTaskNotifyFromISR

BaseType_t xTaskNotifyFromISR( 
TaskHandle_t xTaskToNotify,              /* 任务句柄 */
uint32_t ulValue,                        /* 更新任务控制块中的变量 ulNotifiedValue */
eNotifyAction eAction,                   /* 任务通知模式设置 */
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken ); /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */

函数 xTaskNotifyFromISR 通过设置任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 可以在中断服务程序中实现任务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息通知。

3）函数 xTaskNotifyWait

函数 xTaskNotifyWait 可以在任务代码中实现任务事件标志组，任务计数信号量，任务消息邮箱和任务二值信号量四种方式的消息获取。

BaseType_t xTaskNotifyWait(
/* 设置函数执行前清零任务控制块中变量 ulNotifiedValue 那些位 */
uint32_t ulBitsToClearOnEntry,
/*设置函数退出前清零任务控制块中变量 ulNotifiedValue 那些位 */
uint32_t ulBitsToClearOnExit,
/* 保存任务控制块中的变量 ulNotifiedValue 到指针变量 pulNotifiedValue 所指向的存储单元 */
uint32_t *pulNotificationValue,
/* 等待消息通知的最大等待时间 */
TickType_t xTicksToWait );

参数：

ulBitsToClearOnEntry	在 xTaskNotifyWait() 函数入口， ulBitsToClearOnEntry 中设置的任何位都将在调用 RTOS 任务通知值中被清除（在任务等待新通知之前），前提是在调用 xTaskNotifyWait() 时通知尚未挂起。例如，如果 ulBitsToClearOnEntry 为 0x01，则任务通知值的位 0 将在函数入口被清除。将 ulBitsToClearOnEntry 设置为 0xffffffff (ULONG_MAX) 将清除任务通知值中的所有位，有效将值清除为 0。
ulBitsToClearOnExit	在 xTaskNotifyWait() 函数退出之前， ulBitsToClearOnExit 中设置的任何位都将在调用 RTOS 任务通知值中被清除，前提是接收到通知。在 RTOS 任务通知值保存到 *pulNotificationValue 中之后清除位（请参阅下面的 pulNotificationValue 的说明）。例如，如果 ulBitsToClearOnExit 为 0x03，则位 0 和位 1 将在函数退出之前清除。将 ulBitsToClearOnExit 设置为 0xffffffff (ULONG_MAX) 将清除任务通知值中的所有位，有效将值清除为 0。
pulNotificationValue	用于传出 RTOS 任务的通知值。在由于 ulBitsToClearOnExit 的设置清除任何位之前，复制到 *pulNotificationValue 的值是 RTOS 任务的通知值。如果不需要通知值，则设置 pulNotificationValue 为 NULL。
xTicksToWait	在阻塞状态下等待接收通知的最长时间，前提是在调用 xTaskNotifyWait() 时通知尚未挂起。处于阻塞状态的 RTOS 任务不会消耗任何 CPU 时间。时间以 RTOS tick 周期为单位。宏 pdMS_TO_TICKS() 可以将以毫秒为单位的时间转换为以 tick 为单位的时间。

返回：

在调用 xTaskNotifyWait() 时，如果收到通知，或通知已经挂起，则返回 pdTRUE。

如果调用 xTaskNotifyWait() 在收到通知之前超时，则返回 pdFALSE。

五、任务消息邮箱

1、任务消息邮箱的概念及其作用

我们将消息队列（ 消息队列长度固定为 1）称之为任务消息邮箱。这种方式实现的消息队列效率更高，需要的 RAM 空间更小。任务消息邮箱是通过任务控制块中的一个 32 位变量 ulNotifiedValue 对数据进行存取；实际项目中，如果使用任务消息邮箱和消息队列都能实现相应功能，强烈建议使用任务消息邮箱。