【第20期】延时的艺术：HAL_Delay vs vTaskDelay

裸机与RTOS核心差异：裸机的延时是**“死等”（烧电、霸占 CPU）；RTOS 的延时是“挂起”**（让权、省电）。

1. 裸机延时：焦虑的失眠者 (HAL_Delay)

我们在学习 STM32 的第一天就用过 HAL_Delay()。来看看它的底层逻辑（简化版）：

void HAL_Delay(uint32_t Delay) {
    uint32_t tickstart = HAL_GetTick(); // 记录开始时间
    
    // 死循环检查
    while ((HAL_GetTick() - tickstart) < Delay) {
        // 空转！CPU 在这里疯狂跑圈，什么有意义的事都没做。
        // 就像一个人盯着手表看，每一秒都数着过。
    }
}

后果：

1. 霸道：当 CPU 执行 HAL_Delay(1000) 时，这 1 秒钟内，主循环里排在后面的所有任务（按键扫描、屏幕刷新）全部被迫暂停。整个系统处于“假死”状态。

2. 烧电：虽然 CPU 没干正事，但它处于全速运行状态（Run Mode），电流消耗是最大的（例如 20mA）。

2. RTOS 延时：定闹钟睡觉 (vTaskDelay)

RTOS 的 vTaskDelay (FreeRTOS) 或 OS_Delay (uCOS) 完全不同。

当你在任务 A 中调用 vTaskDelay(1000) 时，操作系统内核会做一系列复杂的动作：

1. 移出：调度器把任务 A 从**【就绪列表 (Ready List)】**中拿走。这意味着调度器下次挑选“谁来运行”时，根本不会看任务 A 一眼。

2. 记录：调度器把任务 A 放入**【延时列表 (Delayed List)】**，并给它贴个条子：“在系统时间到达 X+1000 时叫醒我”。

3. 让权 (Yield)：任务 A 此时交出 CPU 使用权。调度器立刻去【就绪列表】找优先级最高的任务 B。

4. 切换：CPU 保存 A 的现场，恢复 B 的现场，开始运行 B。

直观感受： 任务 A 说：“我要睡 1 秒。” 然后它就真的“消失”了。CPU 转头去干别的事。直到 1 秒后，系统滴答中断（SysTick）发现时间到了，才会把任务 A 从“小黑屋”里放出来，重新回到【就绪列表】排队。

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3. 神奇的空闲任务 (Idle Task)

你可能会问：“如果系统里只有任务 A，它延时了，CPU 把权交出来，交给谁呢？”

这时候，RTOS 会自动创建一个最低优先级的保底任务——空闲任务 (Idle Task)。

当所有业务任务都处于“阻塞”或“延时”状态时，CPU 就会运行空闲任务。 更厉害的是，我们可以在空闲任务里植入低功耗代码（Hook 函数）：

void vApplicationIdleHook(void) {
    // 汇编指令 WFI (Wait For Interrupt)
    // 它的作用是：CPU 暂停运行，停止取指，时钟停振，进入休眠。
    // 直到下一个中断（比如 SysTick 或 串口中断）来临，CPU 才会瞬间醒来。
    __WFI(); 
}

巨大的功耗差异：

• 裸机 Delay：CPU 100% 时间全速跑，电流 ~20mA。

• RTOS Delay：如果任务大部分时间在 Delay，CPU 大部分时间在 Idle Task 里执行 WFI 睡觉。电流可能降到 ~5mA 甚至更低。

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4. 这里的“坑”：相对延时 vs 绝对延时

RTOS 通常提供两种延时 API，新手容易混淆。

• vTaskDelay (相对延时)：

  • 含义：从调用这一行代码的时刻开始，延时 N 个节拍。

  • 场景：简单的 Sleep。

  • 缺点：如果有高优先级中断打断，或者任务执行本身耗时，会导致周期累计误差。比如你想每 1000ms 闪一次灯，结果变成了 1005ms, 1010ms...

• vTaskDelayUntil (绝对延时)：

  • 含义：从上一次唤醒的时刻算起，让整个任务周期严格等于 N 个节拍。

  • 场景：需要高精度周期的采样任务（如每 2ms 读取一次 ADC）。它会自动扣除任务执行本身消耗的时间，多退少补。

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总结陈词

1. HAL_Delay 是忙等待 (Busy Wait)，既阻碍别人运行，又浪费电能，是 RTOS 编程的大忌。

2. vTaskDelay 是阻塞 (Blocking)，它是 RTOS 实现多任务并发调度的基础——只有你让出了 CPU，别人才能运行。

3. Idle Task + WFI 是 RTOS 天然低功耗的秘诀。