2.FreeRTOS系统任务调度简介及任务状态

目录

一、基础知识

1、FreeRTOS 任务状态

(1)运行态

(2)就绪态

(3) 阻塞态

(4) 挂起态

二、任务调度简介

1.抢占式调度

2.时间片调度

3.协程式调度


一、基础知识

1、FreeRTOS 任务状态

        FreeRTOS 中任务存在四种任务状态,分别为运行态、就绪态、阻塞态和挂起态。FreeRTOS 运行时,任务的状态一定是这四种状态中的一种。

(1)运行态

        如果一个任务得到 CPU 的使用权,即任务被实际执行时,那么这个任务处于运行态。如果 运行 RTOS 的 MCU 只有一个处理器核心,那么在任务时刻,都只能有一个任务处理运行态。

(2)就绪态

        如果一个任务已经能够被执行(不处于阻塞态后挂起态),但当前还未被执行(具有相同优 先级或更高优先级的任务正持有 CPU 使用权),那么这个任务就处于就绪态。

(3) 阻塞态

        如果一个任务因延时一段时间或等待外部事件发生,那么这个任务就处理阻塞态。例如任 务调用了函数 vTaskDelay(),进行一段时间的延时,那么在延时超时之前,这个任务就处理阻塞 态。任务也可以处于阻塞态以等待队列、信号量、事件组、通知或信号量等外部事件。通常情 况下,处于阻塞态的任务都有一个阻塞的超时时间,在任务阻塞达到或超过这个超时时间后, 即使任务等待的外部事件还没有发生,任务的阻塞态也会被解除。

(4) 挂起态

        任务一般通过函数 vTaskSuspend()和函数 vTaskResums()进入和退出挂起态与阻塞态一样, 处于挂起态的任务也无法被运行。

他们四种任务状态的转换图如下图所示:

总结:

1、仅就绪态可转变成运行态

2、其他状态的任务想运行,必须先转变成就绪态。

3、FreeRTOS中无非就四种状态,运行态、就绪态、阻塞态、挂起态。这四种状态,除了运行态,其他任务状态的任务都有其对应的任务状态列表。

  • 就绪列表:pxReadyTasksLists[x],其中x代表任务优先级数值

我们如何知道x中有任务呢?

我们定义一个变量,当某个为置一时,代表所对应的优先级就序列表有任务存在。

  • 阻塞列表:pxDelayedTaskList
  • 挂起列表:xSuspendedTaskList

二、任务调度简介

        调度器就是使用相关的的调度算法来决定当前需要执行哪个任务

FreeRTOS 一共支持三种任务调度方式,分别为抢占式调度、时间片调度和协程式调度。

1.抢占式调度

        抢占式调度主要时针对优先级不同的任务,每个任务都有一个优先级,优先级高的任务可 以抢占优先级低的任务,只有当优先级高的任务发生阻塞或者被挂起,低优先级的任务才可以 运行。配置的数字越大,他的优先级就越大。

接下来看一下抢占式调度的运行条件和运行过程

运行条件

1、 创建三个任务分别是:Task1、Task2、Task3

2、Task1、Task2、Task3的优先级分别为1、2、3;在FreeRTOS中任务设置的越大,优先级越高,其中Task3的优先级最高。

运行过程如下:

1、Task1在运行过程中,在这个过程中Task2就绪了,在抢占式调度器的作用下Task2会抢占Task1的运行。

2、Task2运行过程中,Task3就绪了,在抢占式调度器的作用下Task3会抢占Task2的运行。

3、Task运行过程中,Task3阻塞了(系统延时或者等待信号量等),此时就绪态中,优先级最高的任务Task2执行。

总结:

1、高优先级任务,优先执行

2、高优先级任务不停止,低优先级任务无法执行

3、被抢占的任务将会进入就绪态

2.时间片调度

        时间片调度主要针对优先级相同的任务,当多个任务的优先级相同时,任务调度器会在每 一次系统时钟节拍到的时候切换任务,也就是说 CPU 轮流运行优先级相同的任务,每个任务运 行的时间就是一个系统时钟节拍。

        同等优先级任务轮流享有相同的CPU时间(可设置),叫时间片,在FreeRTOS中,一个时间片就等于SysTick中断周期。
接下来看一下时间片调度的工作过程和运行条件

运行条件”

1、创建三个任务:Task1、Task2、Task3

2、Task1、Task2、Task3的优先级均为1;即3个任务同等优先级

运行过程如下:

1、首先Task1运行完一个时间片后,切换到Task2运行

2、Task2运行完一个时间片后,切换到Task3运行

3、Task3运行过程中(还不到一个时间片),Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时直接切换到下一个任务Task1

4、Task1运行完一个时间片后,切换到Task2运行。

总结:

1、同等优先级任务,轮流执行;时间片流转

2、一个时间片大小,取决于滴答定时器中断周期。

3、注意没有用完的时间片不会再使用,下次任务Task3得到执行还是按照一个时间片的时钟节拍运行。

3.协程式调度

        官方不再更新,所以了解即可

调度器总是在所欲处于就绪列表的任务中,选择具有最高优先级的任务来执行。

问:如果task1、task2、task3,优先级均为1呢?

答:相同优先级的任务会连接在同一个就绪列表上,task1会运行一个时间片,task2运行一个时间片,task3运行一个时间片。

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