接著上一講

奔騰的心：FreeRTOS 從入門到精通5--詳解任務管理上?zhuanlan.zhihu.com

在這一講中我將要介紹任務的運行模式，同時與可編程控制器（PLC）以及安卓系統(tǒng)的運行模式進行比較。我在德國讀書時專業(yè)是嵌入式開發(fā)，工作后從事的是西門子PCS7過程系統(tǒng)的編程，業(yè)余學習了安卓開發(fā)。在學習的過程中，我逐漸意識到單片機，PLC和智能手機本質上上都是一類控制器，很多對于系統(tǒng)開發(fā)的理念都是相近互通的，基于此便產生一種想法，想在介紹FreeRTOS的任務管理時，同時對比下PLC和安卓的任務管理機制。

首先，我們先看一下FreeRTOS的任務狀態(tài)的轉化圖

FreeRTOS的任務狀態(tài)轉化圖

其中每個狀態(tài)的含義如下

• 阻塞狀態(tài)（Blocked）當任務等待某個事件或信號的時候處于此狀態(tài)
• 掛起狀態(tài)（Suspended）當任務被vTaskSuspend()函數(shù)禁止運行的時候處于此狀態(tài)
• 就緒狀態(tài)（Ready）當任務沒有被阻塞或者掛起等待運行的時候處于此狀態(tài)
• 運行狀態(tài)（Running）當任務被內核調度執(zhí)行的時候處于此狀態(tài)

在系統(tǒng)初始化所有任務被創(chuàng)建的時候，任務一開始都處于就緒狀態(tài)（Ready），然后內核調度器開始調度首先選擇執(zhí)行優(yōu)先級最高的任務，此時被執(zhí)行的任務處于運行狀態(tài)（Running）。當任務執(zhí)行延時命令或者等待某個同步事件的時候便交出了自己的運行權，此時將處于阻塞狀態(tài)（Blocked）。在任務運行的時候，它可以通過vTaskSuspend()函數(shù)將其他任務或者自身掛起進入掛起狀態(tài)（Suspended）。被掛起的任務只有通過vTaskResume()函數(shù)恢復成就緒狀態(tài)（Ready）。

接下來，讓我們看看程序在可編程邏輯器（PLC）中的運行機制。

PLC程序的運行機制

在PLC中，一般任務都是寫好后順序執(zhí)行的。在讀取輸入階段，PLC掃描所有輸入端子，并將各輸入端的通/斷狀態(tài)存入相對應的輸入映像寄存器中，刷新輸入映像寄存器的值。CPU對用戶程序按順序進行掃描，逐條執(zhí)行程序指令。在用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC將輸出映像寄存器中的通/斷狀態(tài)送到輸出鎖存器中，通過輸出端子驅動用戶輸出設備或帶動負載。在這里可以把PLC中運行的任務看作是優(yōu)先級相同的任務，任務之間不會互相搶占運行的權利，內核調度器類似合作式調度（Co-operative Scheduling）- 按照預設的順序先后執(zhí)行控制任務。因為PLC程序的運行都是可預測的，所以PLC更適合對穩(wěn)定性實時性要求更高的工業(yè)領域。

最后，讓我們看看安卓系統(tǒng)中任務的運行模式，有個專有名詞叫生命周期。在安卓編程中，每個活動（Activity）包含一個畫面和對應的程序，這里可以類比成一個任務。活動通過OnCreate()函數(shù)創(chuàng)建，通過OnStart()函數(shù)啟動，當被其他活動搶占之后會通過onPause()函數(shù)暫停并通過onStop()函數(shù)停止（此時活動將在手機屏幕上消失）。被停止的活動通過OnRestart()函數(shù)重新運行，或者通過onDestroy()函數(shù)被銷毀。

活動的生命周期

FreeRTOS中任務的運行狀態(tài)機制和安卓編程中活動的生命周期比較相似。FreeRTOS通過xTaskCreate()函數(shù)創(chuàng)建任務，相當于安卓的onCreate()函數(shù)；FreeRTOS通過vTaskSuspend()函數(shù)掛起任務，相當于安卓的onPause()函數(shù)；FreeRTOS通過vTaskResume()函數(shù)恢復任務到就緒狀態(tài)，相當于安卓的onResume()函數(shù)；FreeRTOS通過vTaskDelete()函數(shù)刪除任務，相當于安卓的onDestroy()函數(shù)。通過這些相似之處可以看到，學好FreeRTOS對于安卓開發(fā)也有裨益，而玩轉了嵌入式和安卓編程，融會貫通硬件和軟件開發(fā)，你將立于紫禁城之巔，成為每個產品經理最缺的那個程序員大神。

FreeRTOS的調度算法及配置

搶占式時間片調度（Prioritized Pre-emptive Scheduling with Time Slicing）

這是比較通用的調度方式，上一篇提到的溫度檢測系統(tǒng)采用的就是這種方式。內核調度器在每個時間片結束的時候執(zhí)行一次，選擇處于就緒狀態(tài)的任務中優(yōu)先級最高的任務置于下一個時間片執(zhí)行。如果優(yōu)先級相同的話則交替執(zhí)行。此時，FreeRTOSConfig.h頭文件的設置如下：

configUSE_PREEMPTION（允許搶占） 1

configUSE_TIME_SLICING（采用時間片） 1

搶占式無時間片調度（Prioritized Pre-emptive Scheduling without Time Slicing）

在這種調度方式下，因為沒有采取時間片，所以調度器的執(zhí)行開銷會比較小。如果兩個任務的優(yōu)先級相同的話，在搶占式時間片調度下，兩個任務會交替運行；然而在搶占式無時間片調度下，當前運行的任務會一直運行，直到它進入阻塞或者掛起狀態(tài)，另一個相同優(yōu)先級的任務才會運行。高優(yōu)先級的任務會搶占低優(yōu)先任務。此時，FreeRTOSConfig.h頭文件的設置如下：

configUSE_PREEMPTION（允許搶占） 1

configUSE_TIME_SLICING（采用時間片） 0

合作式調度（Co-operative Scheduling）

這種調度模式下，當前執(zhí)行任務將會一直運行，同時高優(yōu)先級的任務不會搶占低優(yōu)先級任務。內核調度只會在當前執(zhí)行任務進入阻塞狀態(tài)的時候才會執(zhí)行，選擇處于就緒狀態(tài)的任務中優(yōu)先級最高的任務進行執(zhí)行。此時，FreeRTOSConfig.h頭文件的設置如下：

configUSE_PREEMPTION（允許搶占） 0

configUSE_TIME_SLICING（采用時間片） 任意

在下一講中，我將介紹FreeRTOS中隊列管理的知識。隊列管理（Queue Management）提供了任務之間，任務和中斷之間的通訊機制。

奔騰的心：FreeRTOS 從入門到精通7--隊列管理?zhuanlan.zhihu.com

總結

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