深入理解FreeRTOS的任务机制和消息队列+附完整项目代码

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FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。FreeRTOS系统相当的小巧，最小化的FreeRTOS内核仅包括3个.c文件和少数头文件，总共不到9000行代码，编译后的映像小于10KB。
FreeRTOS的代码可以分解为三个主要区块:任务，通讯和硬件接口，可实现任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能等功能。

主要讲讲任务和消息队列

1．任务控制模块(TCB)
当xTaskCreate()函数被调用时，一个任务被创建，并放入就绪列表。就绪列表是一个双向链表，在链表中每个任务按优先级排列，并且设置有记录相关信息的变量和进行各种操作的指针。


2.任务优先级
RTOS的基本工作单元是任务，所有任务都有一个用户优先级，如:从0到最高，如:0（最低），1，2，3 (最高)  在FreeRTOSConfig.h中设置优先级个数。
每一个优先级都是一个列表，其中可以包含多个任务。



3.任务调度
系统节拍:FreeRTOS有一个定期的时钟节拍(通常是MS级) （在FreeRTOSConfig.h中设置），每个节拍中断释放时vTaskSwitchContext()函数就会被调用。它就会选择优先级最高的就绪任务并抢占优先级低的任务的CPU让它执行。这就是可剥夺式多任务内核。
保证高优先级任务顺畅执行是FreeRTOS最核心的部分

• //找出就绪列表中优先级最高的任务
  
• while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) ) )  
• {  
•     configASSERT( uxTopReadyPriority );// uxTopReadyPriority设定好的高于或等于用户设置的最高优先级
  
•     --uxTopReadyPriority;  //得到最高优先级数
  
• }  
• listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY(pxCurrentTCB,&( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) );                    // pxCurrentTCB指向最高优先级任务
  
•                             //抢占同一优先级的下一个任务。
  

4.消息队列:
FreeRTOS中消息队列是任务间数据交换的常用手段(中断服务程序同样使用队列来通信与同步)，消息队列是生产者消费者模型的重要组成部分
消息队列的数据结构如下:

• typedef struct QueueDefinition  
• {  
•     signed char *pcHead;            //队头
  
•     signed char *pcTail;            //队尾
  
• 
  
•     signed char *pcWriteTo;               
•     signed char *pcReadFrom;              
• 
  
•     xList xTasksWaitingToSend;      //等待发送的任务列表
  
•     xList xTasksWaitingToReceive;       //等待接收的任务列表     
  
• } xQUEUE;  

如何使用消息队列:
xQueueHandle MsgQueue; 声明一个队列句柄，队列句柄可以理解成一个队列的标记，不同的队列具有不同的标记。
MsgQueue = xQueueCreate( 5 , sizeof( int16_t) );创建队列，即在内容中开辟固定大小的区域。
xQueueSend( MsgQueue, ( void* )&SendNum,0 );向队列中填充内容，第二参数需要取出地址并进行类型转换，第三个参数设置等待时间，在队列满的情况下再往队列中填充内容的话便会阻塞任务，直到等待时间溢出；若此处填充的内容为0的话，则立即返回插入队列结果（成功或失败）。
xQueueReceive( MsgQueue, &ReceiveNum,100/portTICK_RATE_MS )从队列中取出内容，第二个参数需要取出地址，第三个参数为等待最大时间，若在等待的时间内队列中没有数据则返回阻塞任务。