FreeRTOS相同优先级任务可以相互打断吗？

格里姆肖

已于 2024-03-10 14:14:17 修改

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分类专栏： FreeRTOS 文章标签：服务器运维

于 2024-03-10 14:13:20 首次发布

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在学习FreeRTOS任务调度的时候，一般分为抢占式调度和时间片调度，抢占式调度用于不同优先级的任务，而时间片调度用于相同优先级的任务。时间片调度就是几个同样优先级的任务轮流执行，每个任务执行一个时间片；如果一个优先级就序列表中有ABC三个任务，那么首先执行A任务，下次再进来就执行B任务，然后是C任务，再是A任务。实现方式是改变该优先级就序列表的pxindex指针，开始指向A任务这个列表项就返回A任务句柄，然后指针指向B任务列表项，以此类推。

但是学到后面我发现，任务切换的本质就是PendSV中断服务函数，而时间片调度之所以可以完成也只是每个时间片过后进入Systick中断时调用了PendSV中断服务函数而已，这样就保证了相同优先级每个任务执行一个时间片。那我就有个疑问，假设任务A运行了半个时间片，这个时候使用任务切换，那任务A会不会被切换到任务B去呢？这个时候任务A可还没运行一个时间片，其实这个问题就相当于相同优先级的任务能不能相互打断？。我们知道，所谓高优先级任务就绪后打断低优先级任务，并不是高优先级处于就绪态了就会有个中断完成打断，而是高优先级处于就绪态后执行了一次任务切换，高优先级才能打断低优先级（这个任务切换可以在systick中断中进行，其次freertos基本上涉及到任务阻塞态和就绪态之间转换的api函数中都会带一个任务切换函数portYIELD（），以此保证当高优先级任务为就绪态时能够及时执行），那么按照理论来说，根据时间片调度的实现原理，ABC三个相同优先级任务，只要调用了任务切换函数，不管任务ABC哪一个有没有把当前时间片执行完，都会切换到另一个任务执行，所以时间片调度的本质应该只是在systick中断中调用了一次任务切换。你可以人为的调用任务切换函数来打破时间片调度的规则。

因此我们可以从理论上得到一个结论：FreeRTOS相同优先级任务是可以相互打断的，只要执行了任务切换函数。

结论有了，剩下的就是用实验去验证了，我的实验方法是：设置FreeRTOS时间片为100ms；创建两个相同优先级的任务，任务一和任务二，他们一直处于就绪态；做两组对照试验，一组是任务一和任务二正常执行，按理来说应该每个任务执行100ms再切换到另一个任务。另一组是在任务一和任务二执行几十ms的时候调用一次任务切换函数，看看有没有发生任务切换。如果发生任务切换就说明相同优先级是能够相互打断的，且这个打断不用一定要遵守时间片规则，只要另一个同优先级任务就绪且调用任务切换函数即可。

实验环境：stm32Cubemx的FreeRTOS系统，版本为CMSIS_V2，时间片为100ms

IDE：keil5

开发板：正点原子miniV3.0

实验的代码如下：

第一组实验：

freertos.c:

void StartTask01(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask01 */
  /* Infinite loop */
	
  for(;;)
  {
      printf("任务一刻度：0\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	 //portYIELD();
      printf("任务一刻度：1\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务一刻度：2\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务一刻度：3\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
		 
    LED_RED_Toggle();
  }
  /* USER CODE END StartTask01 */
}


void StartTask02(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask02 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  { 
	  printf("任务二刻度：0\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
      printf("任务二刻度：1\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务二刻度：2\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务二刻度：3\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
		 
		LED_GREEN_Toggle();
  }
  /* USER CODE END StartTask02 */
}

按理来说输出结果应该为：每个任务执行100ms。下图结果符合理论

第二组实验：在第一组实验的代码基础上，取消所有的portYIELD()函数的注释，每隔20ms进行一次任务切换。结果应该是任务一打印一次，任务二打印一次，任务一打印一次以此类推。下图结果符合结论。

接下来我们再添加一组实验，第三组实验，我们在第一组实验代码基础上，只取消第一个portYIELD()函数的注释，如下：

freertos.c:

void StartTask01(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask01 */
  /* Infinite loop */
	
  for(;;)
  {
      printf("任务一刻度：0\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	 portYIELD();
      printf("任务一刻度：1\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务一刻度：2\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务一刻度：3\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
		 
    LED_RED_Toggle();
  }
  /* USER CODE END StartTask01 */
}


void StartTask02(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTask02 */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  { 
	  printf("任务二刻度：0\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	portYIELD();
      printf("任务二刻度：1\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务二刻度：2\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
	  printf("任务二刻度：3\r\n");
	  Delay_Ms(20);
	//portYIELD();
		 
		LED_GREEN_Toggle();
    
  }
  /* USER CODE END StartTask02 */
}

这次实验的结果应该是，任务一打印一次，任务二打印一次，任务一打印四次，任务二打印四次；一个循环以此类推，让我们看看结果：

欸嘿，怎么不符合预期呢？按理来说任务二打印四次再切任务一啊，而且任务一只能打印四次然后调用任务切换，再让任务二来打印啊？大家不要忘了，systick中断也会调用任务切换函数，每100ms进行一次任务切换。我们看执行到红框的时候刚刚差不多执行了100ms，这个时候systick中断调用一次任务切换，因此任务二打印三次就切任务一了。而任务一打印四次之后，又差不多过了100ms，这时我们又人为调用了一次任务切换，相当于短时间内切了两次，任务一切任务二，任务二又切任务一，就导致任务一一直在打印。

所以，理论结合实验，我们得出来再FreeRTOS中，相同优先级是可以相互打断的，就像高优先级可以打断低优先级一样。不过相同优先级遵循依次打断，还是ABC三个任务，都处于就绪态，A运行时调用任务切换函数，B来运行，B运行时调用任务切换函数C来运行这样子。不一定非要一个时间片完了才能切换另一个同优先级任务，毕竟本质都是调用任务切换函数罢了。

/************************ 下面说一下我做实验遇到的一个问题 **********************/

FreeRTOS时间片最长为多久？我看cubemx中可以配置这个频率为1-1000HZ，当1000HZ时时间片为1ms，10HZ时间片为100ms，1HZ时间片应该为1s。但是实测1HZ时的时间片反而比10HZ时的时间片要更短一些，这让我很疑惑？实验如下：