FreeRTOS笔记——多任务系统

0 概述

部分内容参考野火的FreeRTOS相关开发资料，在此做一个学习记录总结。

1 裸机系统与多任务系统

1.1 裸机系统

做51单片机开发的人比较熟悉，在实现LED流水灯时，使用while(1)配合简单延时函数，循环配置引脚寄存器输出高低电平实现灯的亮灭，这个就是属于最常见裸机系统。
裸机系统通常分为轮训系统和前后台系统。

• 轮询系统
  上面的LED翻转的例子就是轮训系统，一般适用于只需要顺序执行代码，且不需要关心外部事件驱动，如按键检测等。
  伪代码如下：

int main(void) 
{ 
    /* 硬件相关初始化 */ 
    HardWareInit(); 
 
     /* 无限循环 */ 
     for (;;) { 
         /* 处理事情 1 */ 
         DoSomething1(); 
  
         /* 处理事情 2 */ 
         DoSomething2(); 
  
         /* 处理事情 3 */ 
         DoSomething3(); 
     } 
 } 

轮询系统有什么缺点呢？
假设事件3中需要处理一个按键检测的动作，但是按键按下去的时候，正在执行任务1，并且任务1很耗时，这样按键检测的动作就被遗漏了。
并且，如果每个事件都需要及时被处理，但是存在个别事件的处理是耗时的，那么其他事件就只能等待，造成事件处理延时。

• 前后台系统
  我们将mian函数里面的循环称为后台，中断称之为前台。
  在轮询系统的基础上引入中断机制，外部时间的响应在中断里面完成，如果时间处理不耗时，则可以在中断里面直接处理，否则要将事件的处理放到轮训系统中，一般建议将事件的处理放到后台任务处理。
  伪代码如下：

int flag1 = 0; 
int flag2 = 0; 
int flag3 = 0; 
 
int main(void) 
{ 
    /* 硬件相关初始化 */
    HardWareInit();
 
    /* 无限循环 */ 
    for (;;) { 
        if (flag1) {
            /* 处理事情 */
            DoSomething1();
        } 
 
        if (flag2) {
            /* 处理事情 */
            DoSomething2();
        } 
 
        if (flag3) {
            /* 处理事情 */
            DoSomething3();
        } 
    } 
} 
 
void ISR1(void) 
{ 
    /* 置位标志位 *
    flag1 = 1; 
    /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
       如果事件处理时间比较长，在回到前台处理
     */
    DoSomething1();
} 
 
void ISR2(void) 
{ 
    /* 置位标志位 */
    flag2 = 1; 
 
    /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
       如果事件处理时间比较长，在回到前台处理
     */
    DoSomething2();
} 
 
void ISR3(void) 
{ 
    /* 置位标志位 */
    flag3 = 1; 
    /* 如果事件处理时间很短，则在中断里面处理
       如果事件处理时间比较长，在回到前台处理
     */
    DoSomething3(); 
} 

相对轮询系统，前后台系统有什么优势呢？
将事件的响应和处理分开了，虽然事件的处理还是在后台程序中，但是前后台系统确保了事件不会丢失，加上中断可以嵌套，因此大大提高了程序的实时响应能力。
在大多数中小型项目中，前后台系统运用的很好。

1.2 多任务系统

多任务系统的时间响应也是在中断中完成，但是事件的处理是在任务中完成，可以认为是和main类似的后台任务模块。
那么什么是任务呢？
我们把程序主体分割成一个个独立的、无限循环、不能返回的小程序，这样的小程序我们称为任务。
应用中为满足不同的需求，会存在多个任务，与前后台系统的后台main处理不同。多任务系统的每个任务和中断一样，也具有优先级，优先级高的任务会被优先执行。当一个紧急的事件在中断被标记后，如果事件的优先级足够高，就会得到立马响应，获取CPU控制权。相比前后台系统，多任务系统的实时性又被提高了，不需要等待其他事假处理完毕才能对自身事件进行处理。
具体的任务调度是由操作系统进行调度管理。
加入多任务系统之后，我们编程的时候就不需要太过于精心的设计程序执行流程，以及担忧各个模块之间的干扰，编程的重点转移到业务实现上，总的来说，编程变得简单了。

1.3 小结

轮询、前后台、多任务系统均有其使用场景，不能一句话判定孰优孰劣。
三种软件系统的区别如下：

模型	事件响应	时间处理	特点
轮询系统	main主程序	main主程序	轮询响应事件，轮询处理事件
前后台系统	中断	main主程序	中断响应事件，轮询处理事件
多任务系统	中断	任务	实时响应事件，实时处理事件