在FreeRTOS新创建的任务无法进入

原创已于 2025-02-23 16:38:09 修改 · 1.8k 阅读

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#stm32 #单片机

于 2025-02-23 16:37:01 首次发布

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问题现象
一、问题验证
二、导致内存不足的原因
三、其他可能的原因

问题现象

在一个有两个任务且能正常运行的FreeRTOS工程中，再次添加一个新任务会出现新的任务无法运行（进入）的现象。如下图所示，

旧任务（可正常运行）：OLED任务、LED任务
新添加任务（无法运行）：串口测试任务

在这里插入图片描述

一、问题验证

初步怀疑是在创建任务时出现了问题，因此可以利用任务创建函数的返回值，来监控任务创建的情况。返回值xReturn有以下三种类型：

/* FreeRTOS error definitions. */
#define errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY	( -1 ) 
#define errQUEUE_BLOCKED						( -4 ) 
#define errQUEUE_YIELD							( -5 )

除上述情况还有pdPASS，代表创建任务成功，实际上任务创建函数只会返回以下两种情况

pdPASS（成功）
errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY（内存不足）
其他错误码（如errQUEUE_BLOCKED、errQUEUE_YIELD）属于队列操作函数的返回值，与任务创建无关

于是创建一个变量来读取返回值，并在Debug中对该变量进行监控。

volatile BaseType_t UARTtask_Create_status = 0;

UARTtask_Create_status = xTaskCreate((TaskFunction_t )UART_task,                   
                                     (const char*    )"UART_task",                      
                                     (uint16_t       )UART_STK_SIZE,                    
                                     (void*          )NULL,                                 
                                     (UBaseType_t    )UART_TASK_PRIO,                   
                                     (TaskHandle_t*  )&UARTtask_Handler);

Debug结果如下图：

在这里插入图片描述

可以看到返回值为-1，创建该任务内存不足，接着打开FreeRTOSConfig.h文件。
修改其中的configTOTAL_HEAP_SIZE宏定义。

#define configTOTAL_HEAP_SIZE                    ((size_t)3072)
						||
						\/
#define configTOTAL_HEAP_SIZE                    ((size_t)2*3072)

根据自己的情况来修改，我这个工程只是个Demo，所以我索性翻倍了。实际上需要根据任务、队列等资源需求合理配置，否则会导致内存耗尽。

修改后的结果如下：

在这里插入图片描述

二、导致内存不足的原因

该问题主要是因为任务创建的时，任务栈空间设置与FreeRTOS堆空间分配冲突导致的。所有任务及内核变量加在一起所占的大小已经超出了分配的堆空间。

任务栈（Stack）

FreeRTOS中 xTaskCreate() 函数的栈大小参数以字（word）为单位，而非字节（byte）。
对于32位MCU（如STM32）：1字 = 4字节
计算示例
若栈大小设置为150（单位：字），在不同架构下的内存占用为：
32位系统： 150字 x 4字节 = 600字节
16位系统： 150字 x 2字节 = 300字节
任务控制块（TCB）

TCB内存占用：
每个任务的控制块（TCB）是FreeRTOS管理任务的核心数据结构，其大小与具体配置和版本有关。
典型大小：
在32位系统中，TCB通常占用约 80~120字节（具体取决于FreeRTOSConfig.h中的配置，如是否启用调试信息）。
总内存占用计算
假设一个任务创建时栈大小参数所填150（单位：字），那么这个任务在创建时所占堆空间为：
总内存占用 = 栈空间 + TCB
总内存 ≈ 600字节（栈）+100字节（TCB）=700字节

我的任务设置如下：分别包括三个应用任务，栈空间各为150，初始任务200，软件定时任务。需要注意的是初始任务的空间是在创建完所有任务之后才会释放。

在这里插入图片描述

那么总内存大小约为：700*3+900 = 3000字节，而除此之外还有软件定时及其他FreeRTOS内核变量。最开始我配置的堆空间是3072，显然是不够用的，所以就导致了最后一个任务创建失败。

三、其他可能的原因

1、任务优先级冲突： 新任务的优先级设置不当，导致无法被调度。

高优先级任务阻塞：若新任务优先级与已有高优先级任务相同或更低，且高优先级任务未主动释放CPU（如未调用vTaskDelay或等待信号量），则低优先级任务无法运行。
空闲任务被占用：若所有任务优先级均高于空闲任务（优先级0），且没有任务主动释放CPU，会导致系统卡死。
2、任务函数实现问题： 任务函数逻辑错误（如死循环未释放CPU、未调用任何阻塞API）。
3、中断优先级冲突： 若新任务涉及中断服务，中断优先级高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY，会导致任务切换异常。