【freertos】FreeRTOS时间管理

FreeRTOS时间管理

  • 一、睡眠延时函数
    • 1、vTaskDelay
    • 2、vTaskDelayUntil
    • 3、相对延时与绝对延时对比
  • 二、自定义延时函数
    • 1、微秒延时
    • 2、毫秒延时

一、睡眠延时函数

1、vTaskDelay

\quad 在UCOSIII 中延时函数OSTimeDly()可以设置为三种模式:相对模式、周期模式和绝对模式。在FreeRTOS中延时函数只有相对模式和绝对模式,在FreeRTOS中不同的模式用的函数不同,其中函数 vTaskDelay()是相对模式(相对延时函数),函数 vTaskDelayUntil()是绝对模式(绝对延时函数)。函数vTaskDelay()在文件 tasks.c中有定义,要使用此函数的话宏INCLUDE_vTaskDelay必须为1,函数代码如下:

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )

参数:

  • xTicksToDelay:要延时的时间节拍数,该数值须大于0。否则直接调用函数portYIELD()进行任务切换。

2、vTaskDelayUntil

\quad 函数 vTaskDelayUntil()会阻塞任务,阻塞时间是一个绝对时间,那些需要按照一定的频率运行的任务可以使用函数vTaskDelayUntil()。

void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime,const TickType_t xTimeIncrement )

参数:

  • pxPreviousWakeTime:上一次任务延时结束被唤醒的时间点,任务中第一次调用函数vTaskDelayUntil
    的话需要将pxPreviousWakeTime初始化进入任务的
    while()循环体的时间点值。在以后的运行中函数vTaskDelayUntil()会自动更新pxPreviousWakeTime。
  • xTimeIncrement:任务需要延时的时间节拍数(相对于pxPreviousWakeTime本次延时的节拍数)。

(1)挂起任务调度器。
(2)记录进入函数vTaskDelayUntil的时间点值,并保存在xConstTickCount中。
(3)根据延时时间xTimeIncrement来计算任务下一次要唤醒的时间点,并保存在xTimeToWake中。可以看出这个延时时间是相对于pxPreviousWakeTime的,也就是上一次任务被唤醒的时间点。pxPreviousWakeTime、xTimeToWake、xTimeIncrement和xConstTickCount的关系如下图。
在这里插入图片描述
上图为任务主体,也就是任务真正要做的工作,(2)是任务函数中调用vTaskDelayUntil()对任务进行延时,(3)为其他任务在运行。任务的延时时间是xTimeIncrement,这个延时时间是相对于pxPreviousWakeTime的,可以看出任务总的执行时间一定要小于任务的延时时间xTimeIncrement!也就是说如果使用vTaskDelayUntil()的话任务相当于任务的执行周期永远都是xTimeIncrement,而任务一定要在这个时间内执行完成。这样就保证了任务永远按照一定的频率运行了,这个延时值就是绝对延时时间,因此函数 vTaskDelayUntil()也叫做绝对延时函数。

示例代码

static void app_task1(void* pvParameters)
{for(;;){printf("app_task1 is running ...,tick count = %u\r\n",xTaskGetTickCount());/* 相对延时:任务延时2000个节拍,每个节拍为1ms,所以延时2000ms */vTaskDelay(2000);}
}   static void app_task2(void* pvParameters)
{uint32_t i=0,j=1;TickType_t xLastWakeTime;/* 获取进入任务时的时间点 */xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();for(;;){for(i=0; i<j*10000; i++);j+=10;printf("app_task2 is running ...,tick count = %u\r\n",xTaskGetTickCount());/* 绝对延时:任务延时2000个节拍,每个节拍为1ms,所以延时2000ms */		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 2000);}
} 
// 输出结果
app_task2 is running ...,tick count = 0
app_task1 is running ...,tick count = 47
app_task2 is running ...,tick count = 2002
app_task1 is running ...,tick count = 2096
app_task2 is running ...,tick count = 4005
app_task1 is running ...,tick count = 4150
app_task2 is running ...,tick count = 6007
app_task1 is running ...,tick count = 6206
app_task2 is running ...,tick count = 8009
app_task1 is running ...,tick count = 8264
app_task2 is running ...,tick count = 10012
app_task1 is running ...,tick count = 10326
app_task2 is running ...,tick count = 12014
app_task1 is running ...,tick count = 12390
app_task2 is running ...,tick count = 14016
app_task1 is running ...,tick count = 14456

总结:
\quad 任务2使用绝对延时能够给按照逼近2000个节拍频率固定运行(当前计数值:0-2002-4005-6007-8009-10012),任务1使用相对延时每次运行相隔时间不保证固定(当前计数值:47-2096-4150-6206-8264-10326)。

3、相对延时与绝对延时对比

  • 相对延时

在这里插入图片描述
\quad 对于这样一个任务,执行过程如上图所示。当任务A获取CPU使用权后,先执行任务A的主体代码,之后调用系统延时函数vTaskDelay()进入阻塞状态。任务A进入阻塞后,其它任务得以执行。FreeRTOS内核会周期性的检查任务A的阻塞是否达到,如果阻塞时间达到,则将任务A设置为就绪状态。由于任务A的优先级最高,会抢占CPU,再次执行任务主体代码,不断循环。
\quad 从图可以看出,任务A每次延时都是从调用延时函数vTaskDelay()开始算起的,延时是相对于这一时刻开始的,所以叫做相对延时函数。
如果执行任务A的过程中发生中断,那么任务A执行的周期就会变长,所以使用相对延时函数vTaskDelay(),不能周期性的执行任务A。

  • 绝对延时
    在这里插入图片描述
    \quad 对于这样一个任务,执行过程如上图所示。当任务B获取CPU使用权后,先调用系统延时函数vTaskDelayUntil()使任务进入阻塞状态。任务B进入阻塞后,其它任务得以执行。FreeRTOS内核会周期性的检查任务A的阻塞是否达到,如果阻塞时间达到,则将任务A设置为就绪状态。由于任务B的优先级最高,会抢占CPU,接下来执行任务主体代码。任务主体代码执行完毕后,会继续调用系统延时函数vTaskDelayUntil()使任务进入阻塞状态,周而复始。
    \quad 从调用函数vTaskDelayUntil()开始,每隔固定周期,任务B的主体代码就会被执行一次,即使任务B在执行过程中发生中断,也不会影响这个周期性,只是会缩短其它任务的执行时间!所以这个函数被称为绝对延时函数,它可以用于周期性的执行任务A的主体代码。
    总结
    \quad 上面的例子中,调用系统延时的任务都是最高优先级,这是为了便于分析而特意为之的,实际上的任务可不一定能设置为最高优先级。对于相对延时,如果任务不是最高优先级,则任务执行周期更不可测,这个问题不大,我们本来也不会使用它作为精确延时;对于绝对延时函数,如果任务不是最高优先级,则仍然能周期性的将任务解除阻塞,但是解除阻塞的任务不一定能获得CPU权限,因此任务主体代码也不会总是精确周期性执行。
    \quad 如果要想精确周期性执行某个任务,可以使用系统节拍钩子函数vApplicationTickHook(),它在系统节拍中断服务函数中被调用,因此这个函数中的代码必须简洁。

二、自定义延时函数

1、微秒延时

void delay_us(uint32_t nus)
{		uint32_t ticks;uint32_t told,tnow,tcnt=0;uint32_t reload=SysTick->LOAD;	//系统定时器的重载值	    	 ticks=nus*(SystemCoreClock/1000000);//需要的节拍数 told=SysTick->VAL;        	//刚进入时的计数器值/* 挂起调度器[可选,会导致高优先级任务无法抢占当前任务,但能够提高当前任务时间的精确性] */vTaskSuspendAll();	while(1){tnow=SysTick->VAL;if(tnow!=told){	 /* SYSTICK是一个递减的计数器 */if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;		else tcnt+=reload-tnow+told;	  told=tnow;/* 时间超过/等于要延迟的时间,则退出。*/if(tcnt>=ticks)break;			}  }/* 恢复调度器[可选] */xTaskResumeAll();
}  

2、毫秒延时

void delay_ms(uint32_t nms)
{vTaskDelay(nms);
}

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