FreeRTOS - 任务通知

最新推荐文章于 2025-02-03 17:24:53 发布

luckyme_

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分类专栏： FreeRTOS学习整理文章标签：单片机

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1. 任务通知

所谓"任务通知"，你可以反过来读"通知任务"。

我们使用队列、信号量、事件组等等方法时，并不知道对方是谁。使用任务通知时，可以明确指定：通知哪个任务。

使用队列、信号量、事件组时，我们都要事先创建对应的结构体，双方通过中间的结构体通信：

使用任务通知时，任务结构体TCB中就包含了内部对象，可以直接接收别人发过来的"通知"：

1.1 任务通知的特性

每个任务都有一个 32 位的通知值，在大多数情况下，任务通知可以替代二值信号量、计数信号量、事件组，也可以替代长度为 1 的队列（可以保存一个 32位整数或指针值）。

1.1.1 优势和限制

任务通知的优势：

效率更高：使用任务通知来发送事件、数据给某个任务时，效率更高。比队列、信号量、事件组都有大的优势。
更节省内存：使用其他方法时都要先创建对应的结构体。使用任务通知时无需额外创建结构体。由于任务通知的数据结构包含在任务控制块中，只要任务存在，任务通知数据结构就已经创建完毕，可以直接使用

FreeRTOS 提供以下几种方式发送通知给任务：

发送通知给任务，如果有通知未读，不覆盖通知值。
发送通知给任务，直接覆盖通知值。
发送通知给任务，设置通知值的一个或者多个位，可以当做事件组来使用。
发送通知给任务，递增通知值，可以当做计数信号量使用。

任务通知的限制：

不能发送数据给ISR：
- ISR并没有任务结构体，所以无法使用任务通知的功能给ISR发送数据。但是ISR可以使用任务通知的功能，发数据给任务。
数据只能给该任务独享
- 使用队列、信号量、事件组时，数据保存在这些结构体中，其他任务、ISR都可以访问这些数据。使用任务通知时，数据存放入目标任务中，只有它可以访问这些数据。
- 在日常工作中，这个限制影响不大。因为很多场合是从多个数据源把数据发给某个任务，而不是把一个数据源的数据发给多个任务。
无法缓冲数据
- 使用队列时，假设队列深度为N，那么它可以保存N个数据。
- 使用任务通知时，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保存一个数据。
无法广播给多个任务
- 使用事件组可以同时给多个任务发送事件。
- 使用任务通知，只能发个一个任务。
如果发送受阻，发送方无法进入阻塞状态等待
- 假设队列已经满了，使用 xQueueSendToBack() 给队列发送数据时，任务可以进入阻塞状态等待发送完成。
- 使用任务通知时，即使对方无法接收数据，发送方也无法阻塞等待，只能即刻返回错误。

1.1.2 通知状态和通知值

每个任务都有一个结构体：TCB(Task Control Block)，里面有2个成员：

ulNotifiedValue ：uint32_t类型，任务通知值，可以保存一个32位整数或指针值
ucNotifyState：uint8_t类型，任务通知状态，用于标识任务是否在等待通知。

通知状态有3种取值：

taskNOT_WAITING_NOTIFICATION：任务没有在等待通知
taskWAITING_NOTIFICATION：任务在等待通知
taskNOTIFICATION_RECEIVED：任务接收到了通知，也被称为pending(有数据了，待处理)

##define taskNOT_WAITING_NOTIFICATION              ( ( uint8_t ) 0 )  /* 也是初始状态 */
##define taskWAITING_NOTIFICATION                  ( ( uint8_t ) 1 )
##define taskNOTIFICATION_RECEIVED                 ( ( uint8_t ) 2 )

通知值可以有很多种类型：

计数值
位(类似事件组)
任意数值

1.2 发通知和取通知流程

发通知：

关中断
获取任务通知的原状态，发送通知，State更新为taskNOTIFICATION_RECEIVED
根据 eAction 更新任务通知值
被通知任务由于等待通知而挂起，即State= taskWAITING_NOTIFICATION，唤醒：
* DelayList ——>ReadList
* 如果唤醒的任务优先级 > 当前任务
+ 任务切换
开中断

等通知：

ulTaskNotifyTake：

关中断
没收到通知（value = 0）
1. 标记 state为等待通知，taskWAITING_NOTIFICATION
2. 休眠
  1. 根据超时时间放入延时链表
  2. 切换任务
收到了通知（若其他任务或中断向该任务发送了通知，或超时唤醒）
1. 取 value，
2. 是否清除，不清除，则减一。
3. 重设 State = taskNOT_WAITING_NOTIFICATION。
开中断

xTaskNotifyWait：

关中断
没有收到通知，即 State != taskNOTIFICATION_RECEIVED
1. 在收通知前是否将某些位清除，value &= ~ulBitsToClearOnEntry
2. 标识 State = taskWAITING_NOTIFICATION，等待通知
3. 休眠（阻塞）
  1. 根据超时时间放入延时链表
  2. 切换任务
收到了通知（若其他任务或中断向该任务发送了通知，或超时唤醒）
1. 取出通知值 value；
2. 退出前清零，Value &= ~ulBitsToClearOnExit
3. 重设 State = taskNOT_WAITING_NOTIFICATION。
开中断

2. 任务通知函数

使用任务通知，可以实现轻量级的队列(长度为1)、邮箱(覆盖的队列)、计数型信号量、二进制信号量、事件组。

2.1 两类函数

任务通知有2套函数，简化版、专业版，列表如下：

简化版函数的使用比较简单，它实际上也是使用专业版函数实现的
专业版函数支持很多参数，可以实现很多功能

	简化版	专业版
发出通知	xTaskNotifyGive vTaskNotifyGiveFromISR	xTaskNotify xTaskNotifyFromISR
取出通知	ulTaskNotifyTake	xTaskNotifyWait

2.1.1 简化版—xTaskNotifyGive/ulTaskNotifyTake

在任务中使用xTaskNotifyGive函数，在ISR中使用vTaskNotifyGiveFromISR函数，都是直接给其他任务发送通知：

使得通知值加一
并使得通知状态变为"pending"，也就是taskNOTIFICATION_RECEIVED，表示有数据了、待处理

可以使用ulTaskNotifyTake函数来取出通知值：

如果通知值等于0，则阻塞(可以指定超时时间)
当通知值大于0时，任务从阻塞态进入就绪态
在ulTaskNotifyTake返回之前，还可以做些清理工作：把通知值减一，或者把通知值清零

使用ulTaskNotifyTake函数可以实现轻量级的、高效的二进制信号量、计数型信号量。

2.1.2 专业版–xTaskNotify/xTaskNotifyWait

xTaskNotify 函数功能更强大，可以使用不同参数实现各类功能，比如：

让接收任务的通知值加一：这时 xTaskNotify() 等同于 xTaskNotifyGive()
设置接收任务的通知值的某一位、某些位，这就是一个轻量级的、更高效的事件组
把一个新值写入接收任务的通知值：上一次的通知值被读走后，写入才成功。这就是轻量级的、长度为1的队列
用一个新值覆盖接收任务的通知值：无论上一次的通知值是否被读走，覆盖都成功。类似 xQueueOverwrite() 函数，这就是轻量级的邮箱。

xTaskNotify() 比 xTaskNotifyGive() 更灵活、强大，使用上也就更复杂。xTaskNotifyFromISR() 是它对应的ISR版本。

这两个函数用来发出任务通知，使用哪个函数来取出任务通知呢？

使用 xTaskNotifyWait() 函数！它比 ulTaskNotifyTake() 更复杂：

可以让任务等待(可以加上超时时间)，等到任务状态为"pending"(也就是有数据)
还可以在函数进入、退出时，清除通知值的指定位

这几个函数的原型如下：

BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, 
                       uint32_t ulValue, 
                       eNotifyAction eAction );

BaseType_t xTaskNotifyFromISR( TaskHandle_t xTaskToNotify,
                               uint32_t ulValue, 
                               eNotifyAction eAction, 
                               BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

BaseType_t

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