FreeRTOS-空闲任务及钩子函数

FreeRTOS-空闲任务及钩子函数

• FreeRTOS中空闲任务是开启任务调度器自动创建的一个任务，这样可以保证系统中有任务可以运行，这个任务优先级是最低的，如果有其他任务处于就绪态，那么空闲任务就会主动让出CPU使用权给其他任务。那么空闲任务只是为了保证系统中有任务可以运行吗？其实不是，空闲任务其实有两个重要功能，其一，如果某任务调用了vTaskDelete()将自身删除了，那么这个任务的任务控制块和任务堆栈不会同时释放，而是在空闲任务中释放掉，所以空闲任务可以理解为清理垃圾的。其二，由于不是所有的RTOS都有Tickless模式，所以在空闲任务期间可以用来进入低功耗模式，这种方法使用与几乎所以的RTOS系统。下面来看一下空闲任务创建过程及相关函数。

空闲任务创建及函数

vTaskStartScheduler()

• 空闲任务是在开启任务调度器中创建的，函数定义如下。

void vTaskStartScheduler( void )
{
BaseType_t xReturn;

	
	#if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
	{
		StaticTask_t *pxIdleTaskTCBBuffer = NULL;
		StackType_t *pxIdleTaskStackBuffer = NULL;
		uint32_t ulIdleTaskStackSize;

	
		vApplicationGetIdleTaskMemory( &pxIdleTaskTCBBuffer, &pxIdleTaskStackBuffer, &ulIdleTaskStackSize );
		xIdleTaskHandle = xTaskCreateStatic(	prvIdleTask,
												"IDLE",
												ulIdleTaskStackSize,
												( void * ) NULL,
												( tskIDLE_PRIORITY | portPRIVILEGE_BIT ),
												pxIdleTaskStackBuffer,
												pxIdleTaskTCBBuffer ); 
		
		xReturn = xTaskCreate(	prvIdleTask,
								"IDLE", configMINIMAL_STACK_SIZE,
								( void * ) NULL,
								( tskIDLE_PRIORITY | portPRIVILEGE_BIT ),
								&xIdleTaskHandle ); 
	}
	#endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION */
   //其余部分省略
   ...
   ...
	( void ) xIdleTaskHandle;
}

• 从上面空闲任务创建可以看出，空闲任务函数名为prvIdleTask，接下来我们看一下该函数中进行了什么操作。

prvIdleTask()

• 实际上，在寻找该函数的时候是找不到的，因为该函数是通过宏定义来实现的，其定义如下。

#define portTASK_FUNCTION( vFunction, pvParameters ) void vFunction( void *pvParameters )

• 真正调用的函数是portTASK_FUNCTION()，函数定义如下。

static portTASK_FUNCTION( prvIdleTask, pvParameters )
{
	/* Stop warnings. */
	( void ) pvParameters;
	for( ;; )
	{
		prvCheckTasksWaitingTermination();----1

		#if ( configUSE_PREEMPTION == 0 )----2
		{
			taskYIELD();
		}
		#endif /* configUSE_PREEMPTION */

		#if ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configIDLE_SHOULD_YIELD == 1 ) )----3
		{
			if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ tskIDLE_PRIORITY ] ) ) > ( UBaseType_t ) 1 )----4
			{
				taskYIELD();
			}
			else
			{
				mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
			}
		}
		#endif /* ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configIDLE_SHOULD_YIELD == 1 ) ) */

		#if ( configUSE_IDLE_HOOK == 1 )----5
		{
			extern void vApplicationIdleHook( void );
			vApplicationIdleHook();
		}
		#endif /* configUSE_IDLE_HOOK */


		#if ( configUSE_TICKLESS_IDLE != 0 )
		{
		TickType_t xExpectedIdleTime;

			xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime();----6

			if( xExpectedIdleTime >= configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP )----7
			{
				vTaskSuspendAll();
				{

					configASSERT( xNextTaskUnblockTime >= xTickCount );
					xExpectedIdleTime = prvGetExpectedIdleTime();----8

					if( xExpectedIdleTime >= configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP )----9
					{
						traceLOW_POWER_IDLE_BEGIN();
						portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xExpectedIdleTime );
						traceLOW_POWER_IDLE_END();
					}
					else
					{
						mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
					}
				}
				( void ) xTaskResumeAll();
			}
			else
			{
				mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
			}
		}
		#endif /* configUSE_TICKLESS_IDLE */
	}
}

1. 检查是否有已经删除的函数没有释放内存，该函数会在下面分析
2. 如果没有使用抢占式内核，在这里进行一次任务调度
3. 如果使用了抢占式内核，并且需要进行任务调度
4. 判断是否有准备好的任务，如果有则进行任务调度
5. 如果使用了钩子函数，则调用钩子函数
6. 如果开启了低功耗模式，则计算下一次唤醒时间
7. 判断唤醒时间是否有效，即是否大于2个时钟节拍
8. 再次获取唤醒时间
9. 再次判断，如果仍旧成立，则调用函数portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()进入低功耗模式

• 从这里我们就可以知道，内存清除、钩子函数调用、低功耗模式的进入都是在空闲任务中进行的。下面来分析prvCheckTasksWaitingTermination()函数

prvCheckTasksWaitingTermination()

• 函数定义如下。

static void prvCheckTasksWaitingTermination( void )
{
	#if ( INCLUDE_vTaskDelete == 1 )
	{
		BaseType_t xListIsEmpty;
		while( uxDeletedTasksWaitingCleanUp > ( UBaseType_t ) 0U )---1
		{
			vTaskSuspendAll();
			{
				xListIsEmpty = listLIST_IS_EMPTY( &xTasksWaitingTermination );---2
			}
			( void ) xTaskResumeAll();

			if( xListIsEmpty == pdFALSE )---3
			{
				TCB_t *pxTCB;

				taskENTER_CRITICAL();
				{
					pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( ( &xTasksWaitingTermination ) );---4
					( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );---5
					--uxCurrentNumberOfTasks;---6
					--uxDeletedTasksWaitingCleanUp;---7
				}
				taskEXIT_CRITICAL();

				prvDeleteTCB( pxTCB );
			}
			else
			{
				mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
			}
		}
	}
	#endif /* INCLUDE_vTaskDelete */
}

1. 判断是否还有被删除了但没有释放内存的任务
2. 判断等待释放内存的任务列表是否为空
3. 如果等待释放内存的任务列表不为空
4. 获取列表头指针
5. 将任务从列表中移除
6. 系统中任务数量-1
7. 等待释放内存的任务数量-1

钩子函数

• FreeRTOS中钩子函数如下表所示

• 这里我们仅就空闲任务钩子函数做一个用法示例，其他函数用法类似。使用空闲任务钩子函数的时候，当调用该函数的时候使系统进入低功耗模式，这种低功耗模式相对于tickless模式效果要差些，但是几乎适用于所有RTOS系统。其运行对比如下图所示。
  
• 从上面可以看出，调用空闲任务钩子函数实现的低功耗模式，在每个系统节拍处必然不在低功耗模式状态，这个即是没有其他任务处于就绪态，系统也会被反复唤醒。而FreeRTOS提供的tickless模式则要好很多。
• 下面是通过空闲任务进入低功耗模式配置的源码

#define configUSE_IDLE_HOOK						1                       

//进入低功耗模式前的工作
void PreSleepProcessing(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,DISABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,DISABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,DISABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD,DISABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,DISABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,DISABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG,DISABLE);
}

//退出低功耗模式后的工作
void PostSleepProcessing(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOG,ENABLE);
}

void vApplicationIdleHook( void )
{
	__disable_irq();
	__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );
	__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );
	PreSleepProcessing();
	__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );
	__wfi();
	__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );
	PostSleepProcessing();
	__enable_irq();
}

• 下面仅就vApplicationIdleHook()中的代码做一个简要分析。首先调用__disable_irq()函数关闭系统中断请求，然后调用PreSleepProcessing()做进入睡眠模式前的一些低功耗处理，这里仅关闭了GPIO的时钟，接着调用__wfi()进入WFI低功耗模式，当调用PostSleepProcessing()的时候说明已经退出低功耗模式了，然后恢复外设时钟，调用__enable_irq();开启中断请求

• 至此就将FreeRTOS空闲任务及钩子函数讲述完了