FreeRTOS任务管理

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https://www.freertos.org/zh-cn-cmn-s/Documentation/00-Overview FreeRTOS 官方文档：https://www.freertos.org/zh-cn-cmn-s/Documentation/00-Overview

FreeRTOS任务管理简介

FreeRTOS 核心是多任务调度，任务管理则是对任务的「创建、调度、状态切换、删除」等全生命周期操作的管控，核心目标是让多个任务按优先级有序共享 CPU 资源，实现实时响应。

一、任务的核心概念

任务是什么？

任务是 FreeRTOS 中最小的执行单元，本质是一段独立的无限循环代码（通常包含业务逻辑，如 “LED 闪烁”“数据处理”），拥有自己的栈空间（存储局部变量、寄存器状态）和优先级。

void taskfunction(void *argument)
{
	for(;;)
	{
		printf("task runing!\n");
		//延时	TICK_RATE_HZ ---1000
		vTaskDelay(1000);
	}
}

任务的优先级

FreeRTOS 任务优先级是 任务调度的核心依据，直接决定任务抢占 CPU 的权限 —— 高优先级任务能打断低优先级任务执行，同优先级任务按时间片轮流执行。

#define configMAX_PRIORITIES                     ( 56 )

默认范围：0（最低优先级）~ configMAX_PRIORITIES - 1（最高优先级）；
数值含义：数值越大，优先级越高（与部分 RTOS 相反，需重点注意）；

任务管理核心 API（常用操作）

一、创建任务

创建任务
xTaskCreate
xTaskCreateStatic

1.xTaskCreate()函数

函数原型：
BaseType_t xTaskCreate(	TaskFunction_t pxTaskCode,
							const char * const pcName,		/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
							const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
							void * const pvParameters,
							UBaseType_t uxPriority,
							TaskHandle_t * const pxCreatedTask )
函数功能：
动态创建任务（推荐，资源自动分配 / 释放）
参数说明：
TaskFunction_t pxTaskCode
类型：TaskFunction_t 是 FreeRTOS 定义的任务函数指针类型，原型为 void (*TaskFunction_t)(void *pvParameters)；
const char * const pcName
类型：常量字符串指针（双重 const 表示字符串内容和指针本身都不可修改）；
作用：任务名称，仅用于 调试和追踪（如通过调试工具查看任务列表），对任务运行无实际影响；
要求：长度建议不超过 configMAX_TASK_NAME_LEN（FreeRTOSConfig.h 中配置，默认 16 个字符）；
const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth
类型：configSTACK_DEPTH_TYPE 是 FreeRTOS 定义的栈深度类型（本质是 uint16_t 或 uint32_t，由移植层决定）；
作用：指定任务栈的大小（单位：StackType_t 元素个数，而非字节数）；
可通过 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 启用栈溢出检测，避免栈太小导致崩溃。
void * const pvParameters
类型：void* 通用指针（可传递任意类型数据）；
作用：创建任务时，向任务函数传递参数（任务函数的唯一参数）；
无需传递参数：设为 NULL（最常用）；
传递单个变量：直接取变量地址（需确保变量生命周期足够）；
传递多个参数：用结构体封装，传递结构体地址；
UBaseType_t uxPriority
类型：UBaseType_t 是 FreeRTOS 定义的无符号基础类型（32 位架构下为 uint32_t）；
作用：指定任务的优先级；
高优先级任务会抢占低优先级任务，同优先级任务按时间片轮流执行；
避免将过多任务设为最高优先级（会导致低优先级任务 “饿死”）。
TaskHandle_t * const pxCreatedTask
类型：TaskHandle_t（任务句柄类型）的指针，属于「输出参数」；
作用：任务创建成功后，FreeRTOS 会将该任务的句柄写入该指针指向的变量，后续可通过该句柄操作任务（如挂起、删除、修改优先级）；
需后续操作任务：定义 TaskHandle_t 变量，传递其地址（如 &xLEDTaskHandle）；
无需后续操作：设为 NULL（无需保存句柄）。

2.xTaskCreateStatic()函数

函数原型：
TaskHandle_t xTaskCreateStatic(	TaskFunction_t pxTaskCode,
									const char * const pcName,		/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
									const uint32_t ulStackDepth,
									void * const pvParameters,
									UBaseType_t uxPriority,
									StackType_t * const puxStackBuffer,
									StaticTask_t * const pxTaskBuffer )
函数功能：
动态创建的 xTaskCreate() 核心区别是：任务栈和任务控制块（TCB）的内存需用户手动分配（静态内存，如全局数组、静态数组），不依赖 FreeRTOS 动态堆。
参数说明：
TaskFunction_t pxTaskCode
类型：TaskFunction_t 是 FreeRTOS 定义的任务函数指针类型，原型为 void (*TaskFunction_t)(void *pvParameters)；
const char * const pcName
类型：常量字符串指针（双重 const 表示字符串内容和指针本身都不可修改）；
作用：任务名称，仅用于 调试和追踪（如通过调试工具查看任务列表），对任务运行无实际影响；
要求：长度建议不超过 configMAX_TASK_NAME_LEN（FreeRTOSConfig.h 中配置，默认 16 个字符）；
const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth
类型：configSTACK_DEPTH_TYPE 是 FreeRTOS 定义的栈深度类型（本质是 uint16_t 或 uint32_t，由移植层决定）；
作用：指定任务栈的大小（单位：StackType_t 元素个数，而非字节数）；
可通过 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 启用栈溢出检测，避免栈太小导致崩溃。
void * const pvParameters
类型：void* 通用指针（可传递任意类型数据）；
作用：创建任务时，向任务函数传递参数（任务函数的唯一参数）；
无需传递参数：设为 NULL（最常用）；
传递单个变量：直接取变量地址（需确保变量生命周期足够）；
传递多个参数：用结构体封装，传递结构体地址；
UBaseType_t uxPriority
类型：UBaseType_t 是 FreeRTOS 定义的无符号基础类型（32 位架构下为 uint32_t）；
作用：指定任务的优先级；
高优先级任务会抢占低优先级任务，同优先级任务按时间片轮流执行；
避免将过多任务设为最高优先级（会导致低优先级任务 “饿死”）。
StackType_t * const puxStackBuffer
类型：StackType_t（任务栈元素类型，32 位架构下 = uint32_t）的指针；
作用：指向用户提前静态分配的任务栈缓冲区（如全局数组、静态数组），FreeRTOS 会直接使用该缓冲区作为任务栈，不再从动态堆分配；
要求：
必须是静态内存（全局变量、static 变量），不能是局部变量（函数退出后内存销毁，任务运行崩溃）。
StaticTask_t * const pxTaskBuffer
类型：StaticTask_t（静态任务控制块类型）的指针；
作用：指向用户提前静态分配的任务控制块（TCB），TCB 用于存储任务的优先级、栈指针、状态等核心信息，FreeRTOS 不再从动态堆分配 TCB；
要求：
必须是静态内存（全局变量、static 变量），不能是局部变量。

二、删除任务

vTaskDelete()函数

函数原型
void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete )
函数功能：
从 RTOS 内核管理中移除任务。要删除的任务将从所有就绪、 阻塞、挂起和事件列表中移除。
参数说明：
TaskHandle_t xTaskToDelete
要删除的任务的句柄。如果传递 NULL，会删除调用任务。
注：空闲任务负责释放由 RTOS 内核分配给已删除任务的 内存。因此，如果应用程序调用了 
vTaskDelete()，请务必确保空闲任务获得足够的微控制器处理时间。任务代码分配的内存不会自动释放， 应在任务删除之前手动释放。

三、任务的挂起和恢复

1.vTaskSuspend()函数

函数原型
void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend )
函数功能：
挂起任意任务。无论任务优先级如何，任务被挂起后将永远无法获取任何微控制器处理时间
对 vTaskSuspend的调用不会累积次数
参数说明：
TaskHandle_t xTaskToSuspend
被挂起的任务句柄。传递空句柄将导致调用任务被挂起。

2.vTaskResume()函数

函数原型
void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )
函数功能：
恢复已挂起的任务,因一次或多次调用 vTaskSuspend() 而挂起的任务可通过单次调用
参数说明：
TaskHandle_t xTaskToResume
需要恢复挂起任务的句柄

四、任务延时

1.vTaskDelay()函数

函数原型
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
函数功能：
调用该函数后，当前任务会放弃CPU使用权，进入阻塞状态，直到指定的tick数过去后才会重新进入就绪
状态，等待调度器再次调度。
注：vTaskDelay实现的是相对延时，即从调用函数的时刻开始计算延时时间

参数说明：
const TickType_t xTicksToDelay
表示阻塞的时钟节拍数（tick），而非实际时间（毫秒/秒）
延时时间 = 节拍数 × 系统节拍周期（configTICK_RATE_HZ 决定）
//#define configTICK_RATE_HZ                       ((TickType_t)1000)

2.vTaskDelayUntil()函数

函数原型
void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime, 
                    const TickType_t xTimeIncrement )
函数功能：
将任务延迟到指定时间。此函数可以由周期性任务使用， 来确保恒定的执行频率。
参数说明：
TickType_t * const pxPreviousWakeTime
类型：TickType_t（系统节拍计数类型，32 位架构下为 uint32_t）的指针；
作用：
输入：存储「上一次任务唤醒 / 执行的时刻」（第一次调用需初始化）；
输出：函数内部自动更新为「本次任务唤醒的时刻」，供下次调用使用；
要求：
必须是任务内的静态变量（static）或全局变量（需保持生命周期，记录上一次时间）；
第一次调用前必须初始化（用 xTaskGetTickCount() 获取当前系统节拍数）。
const TickType_t xTimeIncrement
类型：TickType_t，表示任务的「固定执行间隔」（单位：系统节拍 Tick）；
换算：实际间隔时间 = xTimeIncrement × 节拍周期（默认 1Tick=1ms，xTimeIncrement=1000 对应 1 秒）；
要求：间隔必须大于任务单次执行的耗时（否则任务会一直运行，无阻塞时间）。

绝对延时 vs 相对延时

vTaskDelay(x)（相对延时）：从「函数调用时刻」开始计时，延时 x 个节拍后唤醒。若任务被高优先级任务抢占，实际执行间隔会变长（累计误差）；
- eg：任务 A 每 1000ms 执行一次，若某次被高优先级任务抢占 200ms，下次执行间隔会变成 1200ms；
vTaskDelayUntil(&prev, x)（绝对延时）：以「上一次唤醒时刻」为基准，计算下一次唤醒时刻（prev + x），确保任务执行间隔严格为 x 个节拍，无累计误差；
- eg：任务 A 上一次唤醒时刻是 t0，调用后会阻塞到 t0 + 1000 时刻唤醒，即使被抢占，后续仍按固定间隔执行。

对比维度	`vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xPeriod)`	`vTaskDelay(xTicks)`
延时类型	绝对延时（基于上一次唤醒时刻）	相对延时（基于当前调用时刻）
累计误差	无（严格按固定周期执行）	有（被抢占或业务耗时会导致间隔变长）
适用场景	周期性任务（如数据采集、设备控制、定时刷新）	非周期性延时（如 LED 闪烁、等待某个事件后延时）
参数要求	需初始化 `static` 变量记录上一次唤醒时间	直接传入延时节拍数，无额外初始化
任务阻塞逻辑	阻塞到「上一次唤醒时刻 + 周期」	阻塞「当前时刻 + 延时」个节拍

五、任务状态转换

FreeRTOS 任务有 5 种核心状态，调度器的核心工作就是触发状态切换，确保高优先级任务优先执行。

typedef enum
{
	eRunning = 0,	//任务自身查询自己的状态时，返回此值（仅当前正在占用 CPU 执行的任务会自报该状态）
	eReady,			//任务已就绪，等待 CPU 调度（处于「就绪列表」或「挂起就绪列表」，具备执行条件但暂未获得 CPU）
	eBlocked,		//任务阻塞状态（因等待资源、信号量、延时等主动放弃 CPU，需等待特定事件触发才能恢复就绪）
	eSuspended,		//任务挂起状态：1. 主动调用 vTaskSuspend() 挂起；2. 阻塞状态且超时时间为无限（portMAX_DELAY）
	eDeleted,		//任务已被删除（调用 vTaskDelete()），但对应的 TCB（任务控制块）尚未被系统回收释放
	eInvalid			//无效状态（用于错误处理）
} eTaskState;

状态	说明	触发条件示例
就绪态（Ready）	任务已具备执行条件，等待调度器分配 CPU	任务创建后、阻塞延时结束、被唤醒
运行态（Running）	任务正在占用 CPU 执行代码（同一时刻，仅 1 个任务处于运行态）	调度器选择就绪态中最高优先级任务
阻塞态（Blocked）	任务暂时无法执行（如延时、等待队列 / 信号量），不占用 CPU 资源	`vTaskDelay()`、`xQueueReceive()`
挂起态（Suspended）	任务被强制暂停，需通过特定 API 唤醒，不占用 CPU 资源	`vTaskSuspend()` 调用
休眠态（Deleted）	任务被删除，资源（栈、堆）被释放（仅动态创建的任务支持）	`vTaskDelete()` 调用

六、任务调度

什么是任务调度？

FreeRTOS 中的任务调度，本质是「操作系统内核（调度器）按预设规则，在多个任务间分配 CPU 执行权」的过程 —— 简单说就是 “决定哪个任务该占用 CPU 运行、哪个任务该暂停等待”，最终实现 “多任务并发执行” 的效果（实际是 CPU 快速切换任务，宏观上看起来多个任务同时运行）。

FreeRTOS中开启任务调度的函数是 vTaskStartScheduler() ，但在CubeMX中被封装为osKernelStart() 。

osStatus_t osKernelStart (void) {
  osStatus_t stat;

  if (IS_IRQ()) {
    stat = osErrorISR;
  }
  else {
    if (KernelState == osKernelReady) {
      KernelState = osKernelRunning;
      vTaskStartScheduler();
      stat = osOK;
    } else {
      stat = osError;
    }
  }

  return (stat);
}

任务调度机制（核心原理）

FreeRTOS 调度器的核心是「抢占式调度 + 时间片调度」，确保实时性：

抢占式调度（默认启用）：
- 高优先级任务就绪时，会立即抢占低优先级任务的 CPU 资源（无论低优先级任务是否执行完）；
- 例：任务 A（优先级 5）正在运行，任务 B（优先级 8）延时结束进入就绪态，调度器会立即切换到任务 B 执行。
时间片调度（默认启用）：
- 同优先级任务轮流占用 CPU，每个任务的时间片长度 = 系统节拍周期（默认 1ms）；
- 例：两个优先级为 5 的任务，会交替执行，每个任务每次执行 1ms。
协作式调度：
- 抢占式调度和时间片轮转可以同时存在，当有高优先级任务就绪时，运行高优先级任务；当最高优先级的任务有好几个时，这几个任务可以以时间片轮转方式调度。

在FreeRTOS中，如果一个任务在时间片没有用完的情况下变为阻塞状态，它将释放时间片剩余时间，并且调度器会利用这部分时间来执行其他任务。具体来说，以下是处理这种情况的步骤：

任务阻塞：当任务执行到阻塞操作（如等待事件、信号量、队列等）时，它会停止执行并进入阻塞状态。
时间片回收：一旦任务阻塞，它将不再消耗CPU时间。此时，调度器会回收该任务剩余的时间片。
调度其他任务：调度器会利用回收的时间片来调度其他就绪的任务。这可能包括同一优先级的任务，也可能包括更高优先级的任务（如果存在的话）。
任务就绪：当阻塞的任务等待的条件得到满足时（例如，它等待的事件或信号量被触发），它将变为就绪状态，并被放入相应的就绪列表。
重新调度：调度器在下一个合适的时机（例如，当前执行的任务完成或时间片用完）会重新调度该任务，它将从上次停止执行的地方继续执行。

通过这种方式，FreeRTOS确保了系统资源的有效利用，避免了因单个任务长时间占用CPU而造成的其他任务饥饿问题。这也体现了FreeRTOS的抢占式调度特性，即任何时刻，CPU总是由当前可运行的最高优先级任务占用。如果当前任务阻塞，调度器会立即抢占CPU，给其他就绪的任务一个运行的机会。

任务调度的核心流程（调度器工作步骤）

调度器的工作可概括为 “检查 → 选择 → 切换” 三步，在 SysTick中断或任务状态变化时触发：

检查任务状态：
- 遍历所有任务，更新任务状态；
- 标记每个优先级的 “就绪任务”。
选择下一个执行任务：
- 用位运算快速找到「最高优先级的就绪任务」；
- 若该优先级只有一个就绪任务，直接选中；若多个，选中 “下一个时间片对应的任务”。
任务上下文切换：
- 保存当前运行任务的上下文（寄存器值、栈指针、程序计数器 PC 等）到该任务的栈空间；
- 从选中任务的栈空间中恢复其上下文（恢复寄存器、栈指针、PC）；
- CPU 开始执行选中任务的代码。

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行

任务（上下文）切换

FreeRTOS 中的上下文切换（Context Switch），是调度器实现多任务并发的核心技术 —— 本质是「保存当前运行任务的 “执行状态快照”，并恢复下一个要执行任务的 “快照”」的过程。通过快速切换，CPU 能在多个任务间切换执行，宏观上呈现 “多任务同时运行” 的效果。

简单说：上下文切换 = 保存当前任务状态 + 恢复目标任务状态，整个过程由 FreeRTOS 内核（移植层）自动完成，用户无需手动干预。

当切换触发时，CPU 首先**禁用 CPU 中断（避免切换过程被打断，确保原子性）**执行以下操作（汇编实现，速度极快）；

数据类型	具体内容	存储位置
寄存器状态	CPU 通用寄存器（R0~R15）、程序计数器（PC，记录下一条要执行的指令地址）、状态寄存器（PSR，记录 CPU 状态）等	任务专属栈空间
任务控制信息	栈指针（SP，指向任务栈当前位置）、任务优先级、任务状态（就绪 / 阻塞等）	任务控制块（TCB）

栈空间是任务上下文的 “存储容器”，TCB 是任务状态的 “管理中枢”，汇编代码负责高效操作 CPU 寄存器，确保切换速度。

任务切换的触发

系统节拍中断触发（被动切换）

触发源：SysTick 定时器（系统节拍）周期性中断（默认 1ms / 次）；
触发场景：
- 同优先级任务时间片到期（需切换到下一个同优先级任务）；
- 高优先级任务延时结束、等待的资源就绪（从阻塞态→就绪态，需抢占当前低优先级任务）；
特点：由硬件中断触发，属于 “被动切换”，是最常见的切换时机。

任务主动触发（主动切换）

触发源：任务调用特定 API 主动放弃 CPU 执行权；
触发场景：
- 任务调用 vTaskDelay() 进入阻塞态；
- 任务调用 xQueueReceive()/xSemaphoreTake() 等待资源（队列 / 信号量为空），进入阻塞态；
- 任务调用 taskYIELD() 主动请求切换（让同优先级其他任务执行）；
特点：由任务主动发起，属于 “主动切换”，触发后立即执行切换逻辑。

PendSV 中断

FreeRTOS 中任务（上下文）切换的核心执行逻辑，正是在 PendSV 中断的服务函数（PendSV_Handler）中实现的——PendSV 中断被 FreeRTOS 专门设计为 “任务切换中断”，其核心价值是「确保任务切换在合适的时机（低优先级中断上下文）执行，不影响高优先级中断响应」。

为什么选择 PendSV 中断做任务切换？

PendSV（Pendable Service Call，可挂起的系统调用）是 Cortex-M 架构内核自带的低优先级系统中断，FreeRTOS 选中它做任务切换的核心原因的是其独特的 “可挂起 + 低优先级” 特性，完美匹配任务切换的需求。

PendSV 是任务切换的 “最终执行者”

调度器的核心是 “决定切换到哪个任务”（vTaskSwitchContext()），PendSV 中断的核心是 “执行切换动作”（保存 / 恢复上下文）；
PendSV 的低优先级特性确保任务切换不会打断高优先级中断，是 FreeRTOS 实时性的关键保障；
PendSV_Handler 是汇编实现的，直接操作 CPU 寄存器和栈指针，确保切换效率（几微秒级）；
所有任务切换请求（无论主动还是被动），最终都会通过触发 PendSV 中断，在 PendSV_Handler 中完成实际切换。

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行完整关联流程

1.触发任务切换请求（置位 PendSV）

当需要任务切换触发后，调度器会调用 vPortYield()（或 portYIELD_FROM_ISR()），通过软件置位 PENDSVSET 位，发起 PendSV 中断请求。

2.PendSV 中断响应（进入 `PendSV_Handler`）

当没有更高优先级中断执行时，CPU 响应 PendSV 中断，进入 PendSV_Handler 服务函数 —— 这是任务切换的 “执行入口”。

关键细节：

PendSV_Handler 是汇编函数（位于移植层 portasm.s），而非 C 函数，原因是需要直接操作 CPU 寄存器（保存 / 恢复上下文），汇编执行效率更高；
进入中断后，CPU 会自动压栈部分寄存器（如 R0~R3、R12、PC、PSR），但 FreeRTOS 会在中断服务函数中补充保存剩余寄存器，确保上下文完整。

3.在 `PendSV_Handler` 中完成上下文切换

PendSV_Handler 的核心工作就是「完整保存当前任务上下文 + 恢复目标任务上下文」

具体汇编逻辑（以 Cortex-M3 为例）：

PendSV_Handler:
    ; 1. 保存当前任务的上下文（补充保存 CPU 未自动压栈的寄存器）
    MRS     R0, PSP                 ; 读取当前任务的栈指针（PSP，任务模式栈指针）
    STMFD   R0!, {R4-R11}           ; 将 R4~R11 寄存器压入当前任务栈（CPU 未自动压栈）
    LDR     R1, =pxCurrentTCB       ; 读取当前任务的 TCB 指针
    STR     R0, [R1]                ; 更新 TCB 中的栈指针（保存当前栈位置）

    ; 2. 调用调度器函数 vTaskSwitchContext()，选择下一个要执行的任务（C 函数）
    PUSH    {LR}                    ; 保存返回地址（LR）
    BL      vTaskSwitchContext      ; 调度器选择目标任务，更新 pxCurrentTCB 为目标任务 TCB
    POP     {LR}                    ; 恢复 LR

    ; 3. 恢复目标任务的上下文
    LDR     R0, =pxCurrentTCB       ; 读取目标任务的 TCB 指针
    LDR     R0, [R0]                ; 读取目标任务的栈指针
    LDMFD   R0!, {R4-R11}           ; 从目标任务栈中弹出 R4~R11 寄存器
    MSR     PSP, R0                 ; 恢复目标任务的栈指针（PSP）

    ; 4. 退出 PendSV 中断，恢复 CPU 自动压栈的寄存器，执行目标任务
    BX      LR                      ; 退出中断，PC 指向目标任务的下一条指令

结语：

无论你是初学者还是有经验的开发者，我希望我的博客能对你的学习之路有所帮助。如果你觉得这篇文章有用，不妨点击收藏，或者留下你的评论分享你的见解和经验，也欢迎你对我博客的内容提出建议和问题。每一次的点赞、评论、分享和关注都是对我的最大支持，也是对我持续分享和创作的动力

FreeRTOS任务管理

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https://www.freertos.org/zh-cn-cmn-s/Documentation/00-Overview FreeRTOS 官方文档：https://www.freertos.org/zh-cn-cmn-s/Documentation/00-Overview

FreeRTOS任务管理简介

一、任务的核心概念

任务是什么？

任务是 FreeRTOS 中最小的执行单元，本质是一段独立的无限循环代码（通常包含业务逻辑，如 “LED 闪烁”“数据处理”），拥有自己的栈空间（存储局部变量、寄存器状态）和优先级。

void taskfunction(void *argument)
{
	for(;;)
	{
		printf("task runing!\n");
		//延时	TICK_RATE_HZ ---1000
		vTaskDelay(1000);
	}
}

任务的优先级

#define configMAX_PRIORITIES                     ( 56 )

默认范围：0（最低优先级）~ configMAX_PRIORITIES - 1（最高优先级）；
数值含义：数值越大，优先级越高（与部分 RTOS 相反，需重点注意）；

任务管理核心 API（常用操作）

一、创建任务

创建任务
xTaskCreate
xTaskCreateStatic

1.xTaskCreate()函数

函数原型：
BaseType_t xTaskCreate(	TaskFunction_t pxTaskCode,
							const char * const pcName,		/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
							const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
							void * const pvParameters,
							UBaseType_t uxPriority,
							TaskHandle_t * const pxCreatedTask )
函数功能：
动态创建任务（推荐，资源自动分配 / 释放）
参数说明：
TaskFunction_t pxTaskCode
类型：TaskFunction_t 是 FreeRTOS 定义的任务函数指针类型，原型为 void (*TaskFunction_t)(void *pvParameters)；
const char * const pcName
类型：常量字符串指针（双重 const 表示字符串内容和指针本身都不可修改）；
作用：任务名称，仅用于 调试和追踪（如通过调试工具查看任务列表），对任务运行无实际影响；
要求：长度建议不超过 configMAX_TASK_NAME_LEN（FreeRTOSConfig.h 中配置，默认 16 个字符）；
const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth
类型：configSTACK_DEPTH_TYPE 是 FreeRTOS 定义的栈深度类型（本质是 uint16_t 或 uint32_t，由移植层决定）；
作用：指定任务栈的大小（单位：StackType_t 元素个数，而非字节数）；
可通过 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 启用栈溢出检测，避免栈太小导致崩溃。
void * const pvParameters
类型：void* 通用指针（可传递任意类型数据）；
作用：创建任务时，向任务函数传递参数（任务函数的唯一参数）；
无需传递参数：设为 NULL（最常用）；
传递单个变量：直接取变量地址（需确保变量生命周期足够）；
传递多个参数：用结构体封装，传递结构体地址；
UBaseType_t uxPriority
类型：UBaseType_t 是 FreeRTOS 定义的无符号基础类型（32 位架构下为 uint32_t）；
作用：指定任务的优先级；
高优先级任务会抢占低优先级任务，同优先级任务按时间片轮流执行；
避免将过多任务设为最高优先级（会导致低优先级任务 “饿死”）。
TaskHandle_t * const pxCreatedTask
类型：TaskHandle_t（任务句柄类型）的指针，属于「输出参数」；
作用：任务创建成功后，FreeRTOS 会将该任务的句柄写入该指针指向的变量，后续可通过该句柄操作任务（如挂起、删除、修改优先级）；
需后续操作任务：定义 TaskHandle_t 变量，传递其地址（如 &xLEDTaskHandle）；
无需后续操作：设为 NULL（无需保存句柄）。

2.xTaskCreateStatic()函数

函数原型：
TaskHandle_t xTaskCreateStatic(	TaskFunction_t pxTaskCode,
									const char * const pcName,		/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
									const uint32_t ulStackDepth,
									void * const pvParameters,
									UBaseType_t uxPriority,
									StackType_t * const puxStackBuffer,
									StaticTask_t * const pxTaskBuffer )
函数功能：
动态创建的 xTaskCreate() 核心区别是：任务栈和任务控制块（TCB）的内存需用户手动分配（静态内存，如全局数组、静态数组），不依赖 FreeRTOS 动态堆。
参数说明：
TaskFunction_t pxTaskCode
类型：TaskFunction_t 是 FreeRTOS 定义的任务函数指针类型，原型为 void (*TaskFunction_t)(void *pvParameters)；
const char * const pcName
类型：常量字符串指针（双重 const 表示字符串内容和指针本身都不可修改）；
作用：任务名称，仅用于 调试和追踪（如通过调试工具查看任务列表），对任务运行无实际影响；
要求：长度建议不超过 configMAX_TASK_NAME_LEN（FreeRTOSConfig.h 中配置，默认 16 个字符）；
const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth
类型：configSTACK_DEPTH_TYPE 是 FreeRTOS 定义的栈深度类型（本质是 uint16_t 或 uint32_t，由移植层决定）；
作用：指定任务栈的大小（单位：StackType_t 元素个数，而非字节数）；
可通过 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 启用栈溢出检测，避免栈太小导致崩溃。
void * const pvParameters
类型：void* 通用指针（可传递任意类型数据）；
作用：创建任务时，向任务函数传递参数（任务函数的唯一参数）；
无需传递参数：设为 NULL（最常用）；
传递单个变量：直接取变量地址（需确保变量生命周期足够）；
传递多个参数：用结构体封装，传递结构体地址；
UBaseType_t uxPriority
类型：UBaseType_t 是 FreeRTOS 定义的无符号基础类型（32 位架构下为 uint32_t）；
作用：指定任务的优先级；
高优先级任务会抢占低优先级任务，同优先级任务按时间片轮流执行；
避免将过多任务设为最高优先级（会导致低优先级任务 “饿死”）。
StackType_t * const puxStackBuffer
类型：StackType_t（任务栈元素类型，32 位架构下 = uint32_t）的指针；
作用：指向用户提前静态分配的任务栈缓冲区（如全局数组、静态数组），FreeRTOS 会直接使用该缓冲区作为任务栈，不再从动态堆分配；
要求：
必须是静态内存（全局变量、static 变量），不能是局部变量（函数退出后内存销毁，任务运行崩溃）。
StaticTask_t * const pxTaskBuffer
类型：StaticTask_t（静态任务控制块类型）的指针；
作用：指向用户提前静态分配的任务控制块（TCB），TCB 用于存储任务的优先级、栈指针、状态等核心信息，FreeRTOS 不再从动态堆分配 TCB；
要求：
必须是静态内存（全局变量、static 变量），不能是局部变量。

二、删除任务

vTaskDelete()函数

函数原型
void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete )
函数功能：
从 RTOS 内核管理中移除任务。要删除的任务将从所有就绪、 阻塞、挂起和事件列表中移除。
参数说明：
TaskHandle_t xTaskToDelete
要删除的任务的句柄。如果传递 NULL，会删除调用任务。
注：空闲任务负责释放由 RTOS 内核分配给已删除任务的 内存。因此，如果应用程序调用了 
vTaskDelete()，请务必确保空闲任务获得足够的微控制器处理时间。任务代码分配的内存不会自动释放， 应在任务删除之前手动释放。

三、任务的挂起和恢复

1.vTaskSuspend()函数

函数原型
void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend )
函数功能：
挂起任意任务。无论任务优先级如何，任务被挂起后将永远无法获取任何微控制器处理时间
对 vTaskSuspend的调用不会累积次数
参数说明：
TaskHandle_t xTaskToSuspend
被挂起的任务句柄。传递空句柄将导致调用任务被挂起。

2.vTaskResume()函数

函数原型
void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )
函数功能：
恢复已挂起的任务,因一次或多次调用 vTaskSuspend() 而挂起的任务可通过单次调用
参数说明：
TaskHandle_t xTaskToResume
需要恢复挂起任务的句柄

四、任务延时

1.vTaskDelay()函数

函数原型
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
函数功能：
调用该函数后，当前任务会放弃CPU使用权，进入阻塞状态，直到指定的tick数过去后才会重新进入就绪
状态，等待调度器再次调度。
注：vTaskDelay实现的是相对延时，即从调用函数的时刻开始计算延时时间

参数说明：
const TickType_t xTicksToDelay
表示阻塞的时钟节拍数（tick），而非实际时间（毫秒/秒）
延时时间 = 节拍数 × 系统节拍周期（configTICK_RATE_HZ 决定）
//#define configTICK_RATE_HZ                       ((TickType_t)1000)

2.vTaskDelayUntil()函数

函数原型
void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime, 
                    const TickType_t xTimeIncrement )
函数功能：
将任务延迟到指定时间。此函数可以由周期性任务使用， 来确保恒定的执行频率。
参数说明：
TickType_t * const pxPreviousWakeTime
类型：TickType_t（系统节拍计数类型，32 位架构下为 uint32_t）的指针；
作用：
输入：存储「上一次任务唤醒 / 执行的时刻」（第一次调用需初始化）；
输出：函数内部自动更新为「本次任务唤醒的时刻」，供下次调用使用；
要求：
必须是任务内的静态变量（static）或全局变量（需保持生命周期，记录上一次时间）；
第一次调用前必须初始化（用 xTaskGetTickCount() 获取当前系统节拍数）。
const TickType_t xTimeIncrement
类型：TickType_t，表示任务的「固定执行间隔」（单位：系统节拍 Tick）；
换算：实际间隔时间 = xTimeIncrement × 节拍周期（默认 1Tick=1ms，xTimeIncrement=1000 对应 1 秒）；
要求：间隔必须大于任务单次执行的耗时（否则任务会一直运行，无阻塞时间）。

绝对延时 vs 相对延时

vTaskDelay(x)（相对延时）：从「函数调用时刻」开始计时，延时 x 个节拍后唤醒。若任务被高优先级任务抢占，实际执行间隔会变长（累计误差）；
- eg：任务 A 每 1000ms 执行一次，若某次被高优先级任务抢占 200ms，下次执行间隔会变成 1200ms；
vTaskDelayUntil(&prev, x)（绝对延时）：以「上一次唤醒时刻」为基准，计算下一次唤醒时刻（prev + x），确保任务执行间隔严格为 x 个节拍，无累计误差；
- eg：任务 A 上一次唤醒时刻是 t0，调用后会阻塞到 t0 + 1000 时刻唤醒，即使被抢占，后续仍按固定间隔执行。

对比维度	`vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xPeriod)`	`vTaskDelay(xTicks)`
延时类型	绝对延时（基于上一次唤醒时刻）	相对延时（基于当前调用时刻）
累计误差	无（严格按固定周期执行）	有（被抢占或业务耗时会导致间隔变长）
适用场景	周期性任务（如数据采集、设备控制、定时刷新）	非周期性延时（如 LED 闪烁、等待某个事件后延时）
参数要求	需初始化 `static` 变量记录上一次唤醒时间	直接传入延时节拍数，无额外初始化
任务阻塞逻辑	阻塞到「上一次唤醒时刻 + 周期」	阻塞「当前时刻 + 延时」个节拍

五、任务状态转换

FreeRTOS 任务有 5 种核心状态，调度器的核心工作就是触发状态切换，确保高优先级任务优先执行。

typedef enum
{
	eRunning = 0,	//任务自身查询自己的状态时，返回此值（仅当前正在占用 CPU 执行的任务会自报该状态）
	eReady,			//任务已就绪，等待 CPU 调度（处于「就绪列表」或「挂起就绪列表」，具备执行条件但暂未获得 CPU）
	eBlocked,		//任务阻塞状态（因等待资源、信号量、延时等主动放弃 CPU，需等待特定事件触发才能恢复就绪）
	eSuspended,		//任务挂起状态：1. 主动调用 vTaskSuspend() 挂起；2. 阻塞状态且超时时间为无限（portMAX_DELAY）
	eDeleted,		//任务已被删除（调用 vTaskDelete()），但对应的 TCB（任务控制块）尚未被系统回收释放
	eInvalid			//无效状态（用于错误处理）
} eTaskState;

状态	说明	触发条件示例
就绪态（Ready）	任务已具备执行条件，等待调度器分配 CPU	任务创建后、阻塞延时结束、被唤醒
运行态（Running）	任务正在占用 CPU 执行代码（同一时刻，仅 1 个任务处于运行态）	调度器选择就绪态中最高优先级任务
阻塞态（Blocked）	任务暂时无法执行（如延时、等待队列 / 信号量），不占用 CPU 资源	`vTaskDelay()`、`xQueueReceive()`
挂起态（Suspended）	任务被强制暂停，需通过特定 API 唤醒，不占用 CPU 资源	`vTaskSuspend()` 调用
休眠态（Deleted）	任务被删除，资源（栈、堆）被释放（仅动态创建的任务支持）	`vTaskDelete()` 调用

六、任务调度

什么是任务调度？

FreeRTOS中开启任务调度的函数是 vTaskStartScheduler() ，但在CubeMX中被封装为osKernelStart() 。

osStatus_t osKernelStart (void) {
  osStatus_t stat;

  if (IS_IRQ()) {
    stat = osErrorISR;
  }
  else {
    if (KernelState == osKernelReady) {
      KernelState = osKernelRunning;
      vTaskStartScheduler();
      stat = osOK;
    } else {
      stat = osError;
    }
  }

  return (stat);
}

任务调度机制（核心原理）

FreeRTOS 调度器的核心是「抢占式调度 + 时间片调度」，确保实时性：

抢占式调度（默认启用）：
- 高优先级任务就绪时，会立即抢占低优先级任务的 CPU 资源（无论低优先级任务是否执行完）；
- 例：任务 A（优先级 5）正在运行，任务 B（优先级 8）延时结束进入就绪态，调度器会立即切换到任务 B 执行。
时间片调度（默认启用）：
- 同优先级任务轮流占用 CPU，每个任务的时间片长度 = 系统节拍周期（默认 1ms）；
- 例：两个优先级为 5 的任务，会交替执行，每个任务每次执行 1ms。
协作式调度：
- 抢占式调度和时间片轮转可以同时存在，当有高优先级任务就绪时，运行高优先级任务；当最高优先级的任务有好几个时，这几个任务可以以时间片轮转方式调度。

任务阻塞：当任务执行到阻塞操作（如等待事件、信号量、队列等）时，它会停止执行并进入阻塞状态。
时间片回收：一旦任务阻塞，它将不再消耗CPU时间。此时，调度器会回收该任务剩余的时间片。
调度其他任务：调度器会利用回收的时间片来调度其他就绪的任务。这可能包括同一优先级的任务，也可能包括更高优先级的任务（如果存在的话）。
任务就绪：当阻塞的任务等待的条件得到满足时（例如，它等待的事件或信号量被触发），它将变为就绪状态，并被放入相应的就绪列表。
重新调度：调度器在下一个合适的时机（例如，当前执行的任务完成或时间片用完）会重新调度该任务，它将从上次停止执行的地方继续执行。

任务调度的核心流程（调度器工作步骤）

调度器的工作可概括为 “检查 → 选择 → 切换” 三步，在 SysTick中断或任务状态变化时触发：

检查任务状态：
- 遍历所有任务，更新任务状态；
- 标记每个优先级的 “就绪任务”。
选择下一个执行任务：
- 用位运算快速找到「最高优先级的就绪任务」；
- 若该优先级只有一个就绪任务，直接选中；若多个，选中 “下一个时间片对应的任务”。
任务上下文切换：
- 保存当前运行任务的上下文（寄存器值、栈指针、程序计数器 PC 等）到该任务的栈空间；
- 从选中任务的栈空间中恢复其上下文（恢复寄存器、栈指针、PC）；
- CPU 开始执行选中任务的代码。

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行

任务（上下文）切换

简单说：上下文切换 = 保存当前任务状态 + 恢复目标任务状态，整个过程由 FreeRTOS 内核（移植层）自动完成，用户无需手动干预。

当切换触发时，CPU 首先**禁用 CPU 中断（避免切换过程被打断，确保原子性）**执行以下操作（汇编实现，速度极快）；

数据类型	具体内容	存储位置
寄存器状态	CPU 通用寄存器（R0~R15）、程序计数器（PC，记录下一条要执行的指令地址）、状态寄存器（PSR，记录 CPU 状态）等	任务专属栈空间
任务控制信息	栈指针（SP，指向任务栈当前位置）、任务优先级、任务状态（就绪 / 阻塞等）	任务控制块（TCB）

栈空间是任务上下文的 “存储容器”，TCB 是任务状态的 “管理中枢”，汇编代码负责高效操作 CPU 寄存器，确保切换速度。

任务切换的触发

系统节拍中断触发（被动切换）

触发源：SysTick 定时器（系统节拍）周期性中断（默认 1ms / 次）；
触发场景：
- 同优先级任务时间片到期（需切换到下一个同优先级任务）；
- 高优先级任务延时结束、等待的资源就绪（从阻塞态→就绪态，需抢占当前低优先级任务）；
特点：由硬件中断触发，属于 “被动切换”，是最常见的切换时机。

任务主动触发（主动切换）

触发源：任务调用特定 API 主动放弃 CPU 执行权；
触发场景：
- 任务调用 vTaskDelay() 进入阻塞态；
- 任务调用 xQueueReceive()/xSemaphoreTake() 等待资源（队列 / 信号量为空），进入阻塞态；
- 任务调用 taskYIELD() 主动请求切换（让同优先级其他任务执行）；
特点：由任务主动发起，属于 “主动切换”，触发后立即执行切换逻辑。

PendSV 中断

为什么选择 PendSV 中断做任务切换？

PendSV 是任务切换的 “最终执行者”

调度器的核心是 “决定切换到哪个任务”（vTaskSwitchContext()），PendSV 中断的核心是 “执行切换动作”（保存 / 恢复上下文）；
PendSV 的低优先级特性确保任务切换不会打断高优先级中断，是 FreeRTOS 实时性的关键保障；
PendSV_Handler 是汇编实现的，直接操作 CPU 寄存器和栈指针，确保切换效率（几微秒级）；
所有任务切换请求（无论主动还是被动），最终都会通过触发 PendSV 中断，在 PendSV_Handler 中完成实际切换。

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行完整关联流程

1.触发任务切换请求（置位 PendSV）

当需要任务切换触发后，调度器会调用 vPortYield()（或 portYIELD_FROM_ISR()），通过软件置位 PENDSVSET 位，发起 PendSV 中断请求。

2.PendSV 中断响应（进入 `PendSV_Handler`）

当没有更高优先级中断执行时，CPU 响应 PendSV 中断，进入 PendSV_Handler 服务函数 —— 这是任务切换的 “执行入口”。

关键细节：

PendSV_Handler 是汇编函数（位于移植层 portasm.s），而非 C 函数，原因是需要直接操作 CPU 寄存器（保存 / 恢复上下文），汇编执行效率更高；
进入中断后，CPU 会自动压栈部分寄存器（如 R0~R3、R12、PC、PSR），但 FreeRTOS 会在中断服务函数中补充保存剩余寄存器，确保上下文完整。

3.在 `PendSV_Handler` 中完成上下文切换

PendSV_Handler 的核心工作就是「完整保存当前任务上下文 + 恢复目标任务上下文」

具体汇编逻辑（以 Cortex-M3 为例）：

PendSV_Handler:
    ; 1. 保存当前任务的上下文（补充保存 CPU 未自动压栈的寄存器）
    MRS     R0, PSP                 ; 读取当前任务的栈指针（PSP，任务模式栈指针）
    STMFD   R0!, {R4-R11}           ; 将 R4~R11 寄存器压入当前任务栈（CPU 未自动压栈）
    LDR     R1, =pxCurrentTCB       ; 读取当前任务的 TCB 指针
    STR     R0, [R1]                ; 更新 TCB 中的栈指针（保存当前栈位置）

    ; 2. 调用调度器函数 vTaskSwitchContext()，选择下一个要执行的任务（C 函数）
    PUSH    {LR}                    ; 保存返回地址（LR）
    BL      vTaskSwitchContext      ; 调度器选择目标任务，更新 pxCurrentTCB 为目标任务 TCB
    POP     {LR}                    ; 恢复 LR

    ; 3. 恢复目标任务的上下文
    LDR     R0, =pxCurrentTCB       ; 读取目标任务的 TCB 指针
    LDR     R0, [R0]                ; 读取目标任务的栈指针
    LDMFD   R0!, {R4-R11}           ; 从目标任务栈中弹出 R4~R11 寄存器
    MSR     PSP, R0                 ; 恢复目标任务的栈指针（PSP）

    ; 4. 退出 PendSV 中断，恢复 CPU 自动压栈的寄存器，执行目标任务
    BX      LR                      ; 退出中断，PC 指向目标任务的下一条指令

FreeRTOS任务管理

FreeRTOS任务管理简介

一、任务的核心概念

任务是什么？

任务的优先级

任务管理核心 API（常用操作）

一、创建任务

1.xTaskCreate()函数

2.xTaskCreateStatic()函数

二、删除任务

vTaskDelete()函数

三、任务的挂起和恢复

1.vTaskSuspend()函数

2.vTaskResume()函数

四、任务延时

1.vTaskDelay()函数

2.vTaskDelayUntil()函数

绝对延时 vs 相对延时

五、任务状态转换

六、任务调度

什么是任务调度？

任务调度机制（核心原理）

任务调度的核心流程（调度器工作步骤）

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行

任务（上下文）切换

任务切换的触发

系统节拍中断触发（被动切换）

任务主动触发（主动切换）

PendSV 中断

为什么选择 PendSV 中断做任务切换？

PendSV 是任务切换的 “最终执行者”

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行完整关联流程

1.触发任务切换请求（置位 PendSV）

2.PendSV 中断响应（进入 PendSV_Handler）

3.在 PendSV_Handler 中完成上下文切换

结语：

FreeRTOS任务管理

FreeRTOS任务管理简介

一、任务的核心概念

任务是什么？

任务的优先级

任务管理核心 API（常用操作）

一、创建任务

1.xTaskCreate()函数

2.xTaskCreateStatic()函数

二、删除任务

vTaskDelete()函数

三、任务的挂起和恢复

1.vTaskSuspend()函数

2.vTaskResume()函数

四、任务延时

1.vTaskDelay()函数

2.vTaskDelayUntil()函数

绝对延时 vs 相对延时

五、任务状态转换

六、任务调度

什么是任务调度？

任务调度机制（核心原理）

任务调度的核心流程（调度器工作步骤）

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行

任务（上下文）切换

任务切换的触发

系统节拍中断触发（被动切换）

任务主动触发（主动切换）

PendSV 中断

为什么选择 PendSV 中断做任务切换？

PendSV 是任务切换的 “最终执行者”

任务切换的触发→PendSV 中断→切换执行完整关联流程

1.触发任务切换请求（置位 PendSV）

2.PendSV 中断响应（进入 PendSV_Handler）

3.在 PendSV_Handler 中完成上下文切换

结语：

2.PendSV 中断响应（进入 `PendSV_Handler`）

3.在 `PendSV_Handler` 中完成上下文切换

2.PendSV 中断响应（进入 `PendSV_Handler`）

3.在 `PendSV_Handler` 中完成上下文切换