FreeRTOS 知识点

一、配置过程

二、基本知识点

2.1 抢占优先级和响应优先级

在 FreeRTOS 中，任务的调度方式主要有 ​​抢占式（Preemptive）​​ 和 ​​协作式（Cooperative）​​ 两种模式，它们的核心区别在于 ​​任务如何释放 CPU 控制权​​，以及 ​​调度器如何决定任务切换​​。以下是详细对比：

1.抢占式调度（Preemptive Scheduling）​

高优先级任务可立即抢占低优先级任务​​，无需等待当前任务主动让出 CPU。

依赖配置​​：需在 FreeRTOSConfig.h中启用：

#define configUSE_PREEMPTION    1  // 启用抢占式调度
#define configUSE_TIME_SLICING  1  // 可选：同优先级任务时间片轮转

工作流程​​

• 任务就绪​​：当一个高优先级任务进入就绪状态（如被创建、延迟结束、收到信号量等），调度器会​​立即检查​​是否需要切换。
• ​​抢占发生​​：如果新就绪的任务优先级​​高于当前任务​​，CPU 会​​立即切换​​到高优先级任务。
• ​​无需主动让步​​：即使当前任务未调用 taskYIELD()或 vTaskDelay()，也会被强制打断。

优点​​

• ​​实时性强​​：高优先级任务能快速响应（适合中断服务、紧急事件处理）。
• ​​自动化调度​​：开发者无需手动管理任务切换。

​​缺点​​

• ​​资源竞争风险​​：需注意优先级反转（Priority Inversion）问题（可通过互斥量优先级继承解决）。
• ​​上下文切换开销​​：频繁抢占会增加 CPU 负载。

​​2. 协作式调度（Cooperative Scheduling）​

特点​​

• ​​任务必须主动释放 CPU​​，否则会一直运行直到完成。
• ​​依赖配置​​：需在 FreeRTOSConfig.h中关闭抢占：

#define configUSE_PREEMPTION    0  // 关闭抢占式调度

工作流程​​

• ​​任务运行​​：当前任务会一直占用 CPU，直到：
• 调用 taskYIELD()主动让出 CPU。
• 调用阻塞 API（如 vTaskDelay(), xQueueReceive()）。
• ​​调度器介入​​：只有当任务主动放弃 CPU 时，调度器才会选择​​下一个最高优先级就绪任务​​运行。

优点​​

• ​​确定性高​​：任务切换完全由代码控制，避免不可预知的抢占。
• ​​资源竞争少​​：无需频繁处理共享数据的互斥问题（适合简单系统）。
• ​​低开销​​：减少上下文切换次数。

​​缺点​​

• ​​实时性差​​：高优先级任务可能因低优先级任务不释放 CPU 而无法及时响应。
• ​​开发者负担​​：需手动插入 taskYIELD()，否则可能导致低优先级任务“饿死”。

3. 如何选择？​​

​​选抢占式​​：

• 需要快速响应中断或高优先级事件（如传感器数据处理）。
• 系统中有多个不同优先级的任务。

​​选协作式​​：

• 资源受限的裸机升级项目（减少调度复杂性）。
• 任务执行时间短且可预测（如串口协议解析）。

2.2 响应优先级和抢占优先级

1. 优先级的基本机制​​

FreeRTOS 使用 ​​单一的优先级数值​​（通常为 0到 configMAX_PRIORITIES-1，默认最高优先级为 configMAX_PRIORITIES-1）来管理任务调度。

​​数值越大，优先级越高​​（例如优先级 3> 2）。

高优先级任务可​​抢占​​（Preempt）低优先级任务，无需等待当前任务主动释放 CPU。

​​2. 抢占优先级（Preemptive Priority）​​

​​定义​​：高优先级任务​​立即抢占​​低优先级任务的 CPU 使用权。

​​表现​​：

         如果任务 A（优先级 3）就绪，而当前运行的是任务 B（优先级 2），FreeRTOS 会​​立即切换​​到任务 A。

        这是 FreeRTOS 默认的调度行为（需配置 configUSE_PREEMPTION=1）。

​​关键点​​：

       抢占是​​自动的​​，无需任务主动让步（除非使用 taskYIELD()）。确保高优先级任务能​​实时响应​​。

​​3. 响应优先级（Response Priority）​​

​​定义​​：任务在​​就绪状态​​下被调度的顺序，完全由优先级决定。

​​表现​​：

当多个任务同时就绪时，调度器会选择​​优先级最高​​的任务运行（即响应最快）。

例如：任务 A（优先级 3）和任务 B（优先级 2）同时就绪，任务 A 会优先被调度。

​​关键点​​：

“响应优先级”是抢占式调度的​​结果​​，而非独立配置。

与“抢占优先级”是同一机制的两个视角：

• ​​抢占​​：强调中断当前任务的行为。
• ​​响应​​：强调任务被选中的顺序。

FreeRTOS 中 “实时性” 的体现是什么:   抢占式：高优