FreeRTOS学习笔记（四）

1.优先级反转

假设有三个任务，任务一的优先级为1，任务二的优先级为2，任务三的优先级为3，并且任务一与任务三需要信号量，任务二不需要，且他们的执行顺序为任务一->任务二->任务三。

任务一开始执行任务时，申请得到了信号量，执行他的任务，执行一段时间后，任务二优先级大于任务一，于是任务一被阻塞，开始执行任务二。任务二执行一段时间后，任务三开始执行，当任务三需要信号量，而此时信号量被任务一占用，任务一又被任务二阻塞，不能释放信号量，因此此时任务三会在申请信号量时被阻塞，所以调度器会执行任务二，当任务二执行完成后，任务三还没有得到信号量还是在被阻塞，执行任务一，最后才是任务三。

简单来说就是任务一被任务二阻塞了，不能释放信号量，而任务三又获得不了信号量，也被阻塞，只能执行任务二。

解决方法：使用互斥量

2.互斥量（锁）

使用互斥锁可以避免多任务的竞争冒险，提高系统的稳定性和可靠性，同时它还可以解决信号量的优先级反转问题，它具备了继承功能。

流程：

互斥量初始值为1

任务A想访问临界资源，先获得并占有互斥量，然后开始访问

任务B也想访问临界资源，也要先获得互斥量：被别人占有了，于是阻塞

任务A使用完毕，释放互斥量；任务B被唤醒、得到并占有互斥量，然后开始访问临界资源

任务B使用完毕，释放互斥量

3.互斥量函数

创建：

释放和获得：

优先级继承（领导临时提拔你）：

假设持有互斥锁的是任务A，如果更高优先级的任务B也尝试获得这个锁

任务B说：你既然持有宝剑，又不给我，那就继承我的愿望吧

于是任务A就继承了任务B的优先级

这就叫：优先级继承

等任务A释放互斥锁时，它就恢复为原来的优先级

互斥锁内部就实现了优先级的提升、恢复

4.事件组

事件组的核心就是可以唤醒多个任务。

事件组可以简单地认为就是一个整数，其中的高8位留给内核使用，只能用其他的位来表示事件：

1.每一位表示一个事件；

2.每一位事件的含义由程序员决定，比如：Bit0 表示用来串口是否就绪，Bit1表示按键是否被按下；

3.这些位，值为 1 表示事件发生了，值为 0 表示事件没发生；

4.一个或多个任务、ISR 都可以去写这些位；

5.一个或多个任务、ISR 都可以去读这些位；

6.可以等待某一位、某些位中的任意一个，也可以等待多位

两大主要区别：

唤醒谁？

队列、信号量：事件发生时，只会唤醒一个任务

事件组的事件发生时，会唤醒所有符号条件的任务，简单地说它有"广播"的作用

是否清除事件？

队列、信号量：是消耗型的资源，队列的数据被读走就没了；信号量被获取后就减少了

事件组：被唤醒的任务有两个选择，可以让事件保留不动，也可以清除事件

1. 事件组函数

创建：

删除：

设置事件：

等待事件： 

5.FreeRTOS为什么需要两套API函数

FreeRTOS中很多API函数都有两套：一套在任务中使用，另一套在ISR中使用。后者的函数名含有"FromISR"后缀。

为什么要引入两套API函数？

很多API函数会导致任务计入阻塞状态：运行这个函数的任务进入阻塞状态；比如写队列时，如果队列已满，可以进入阻塞状态等待一会

ISR调用API函数时，ISR不是"任务"，ISR不能进入阻塞状态

所以，在任务中、在ISR中，这些函数的功能是有差别的

6.ISR函数里的xHigherPriorityTaskWoken参数

xHigherPriorityTaskWoken的含义是：是否有更高优先级的任务被唤醒了。如果为pdTRUE，则意味着后面要进行任务切换。还是以写队列为例。任务A调用 xQueueSendToBack() 写队列，有几种情况发生：

1.队列满了，任务A阻塞等待，另一个任务B运行

2.队列没满，任务A成功写入队列，但是它导致另一个任务B被唤醒，任务B的优先级更高：任务B先运行

3.队列没满，任务A成功写入队列，即刻返回

可以看到，在任务中调用API函数可能导致任务阻塞、任务切换，这叫做"context switch"，上下文切换。这个函数可能很长时间才返回，在函数的内部实现了任务切换。

xQueueSendToBackFromISR() 函数也可能导致任务切换，但是不会在函数内部进行切换，而是返回一个参数：表示是否需要切换，函数原型与用法如下：

pxHigherPriorityTaskWoken参数，就是用来保存函数的结果：是否需要切换

*pxHigherPriorityTaskWoken等于pdTRUE：函数的操作导致更高优先级的任务就绪了，ISR应该进行任务切换；等于pdFALSE：没有进行任务切换的必要

ISR中有可能多次调用"FromISR"函数，如果在"FromISR"内部进行任务切换，会浪费时间。解决方法是：在"FromISR"中标记是否需要切换，在ISR返回之前再进行任务切换。

7.屏蔽/使能中断、暂停/恢复调度器

互斥功能是如何实现的？

要独占式地访问临界资源，有3种方法：

公平竞争：比如使用互斥量，谁先获得互斥量谁就访问临界资源，这部分内容前面讲过。

1、谁要跟我抢，我就灭掉谁：

2、中断要跟我抢？我屏蔽中断

3、其他任务要跟我抢？我禁止调度器，不运行任务切换

屏蔽中断：

1.在任务中屏蔽中断：

2.在ISR中屏蔽中断：

屏蔽调度器：

如果有别的任务来跟你竞争临界资源，你可以把中断关掉：这当然可以禁止别的任务运行，但是这代价太大了。它会影响到中断的处理。

如果只是禁止别的任务来跟你竞争，不需要关中断，暂停调度器就可以了：在这期间，中断还是可以发生、处理。

8.中断延时处理

简单来说，就是我在ISR中断处理函数中，只记录发生了中断，好比记录一个标志位，而真正的处理是在任务中进行，这样就不会影响ISR。