【09】FreeRTOS的时间片调度-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【09】FreeRTOS的时间片调度。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1.时间片调度简介

同等优先级任务轮流地享有相同的 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。在源码中，SysTick中断服务函数1ms中断一次，一个时间片就是1ms，滴答定时器SysTick的中断周期可以自己设置。
时间片调度运行举例：
freertos时间片调度,FreeRTOS,嵌入式硬件,FreeRTOS,STM32,c#,单片机 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，切换至Task2运行(不管Task1是否运行完成，只运行一个时间片的Task1)
2、Task2运行完一个时间片后，切换至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，下次轮到Task3时还是只允许一个时间片，上次阻塞剩余的时间片，不会再被补回来），此时直接切换到下一个任务Task1
4、Task1运行完一个时间片后，切换至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，取决为滴答定时器中断频率；
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。

2.时间片调度实验

1、实验目的：学会对FreeRTOS 时间片调度使用
2、实验设计：将设计三个任务：start_task、task1、task2，其中task1和task2优先级相同均为2。为了使现象明显，将滴答定时器的中断频率设置为50ms中断一次，即一个时间片50ms
三个任务的功能如下：
start_task：用来创建其他的2个任务
task1：通过串口打印task1的运行次数
task2：通过串口打印task2的运行次数
注意：使用时间片调度需把宏configUSE_TIME_SLICING 和 configUSE_PREEMPTION 置1。
本次实验基于本系列文章中链接:【07】FreeRTOS的列表和列表项工程文件实现。

2.1删除不相关程序

删除列表和列表项相关程序内容，编译程序无报错。

#include "freertos_demo.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*/

/* START_TASK 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );

/* TASK1 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );

/* TASK2 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define TASK2_PRIO         3
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );
/******************************************************************************************************/


/**
 * @brief       FreeRTOS例程入口函数
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void freertos_demo(void)
{    
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   start_task,
                (char *                 )   "start_task",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   START_TASK_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   START_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &start_task_handler );
    vTaskStartScheduler();
}


void start_task( void * pvParameters )
{
		taskENTER_CRITICAL();                              /*进入临界区*/
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,
                (char *                 )   "task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &task1_handler );
		xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,
                (char *                 )   "task2",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &task2_handler );
    vTaskDelete(NULL);
		taskEXIT_CRITICAL();                              /*退出临界区*/
}

/* 任务1，实现LED0每500ms闪烁一次，用来提示系统正在运行 */
void task1( void * pvParameters )
{
    while(1)
    {
			LED0=~LED0;
			vTaskDelay(500);
    }
}
/* 任务2，调用列表和列表项相关API函数，并且通过串口输出相应的信息，进行观察 */
void task2( void * pvParameters )
{
    while(1)
    {
			vTaskDelay(500);
    }
}

2.2使能两个宏

宏时间片调度configUSE_TIME_SLICING 和宏抢占式调度 configUSE_PREEMPTION在FreeRTOSCofig.h中默认是都为1的，默认支持时间片调度。

#define configUSE_PREEMPTION                            1                       /* 1: 抢占式调度器, 0: 协程式调度器, 无默认需定义 */
#define configUSE_TIME_SLICING                          1                       /* 1: 使能时间片调度, 默认: 1 */

2.3修改滴答定时器中断频率

在FreeRTOSConfig.h中宏configTICK_RATE_HZ 定义为1000Hz时对应1ms，此时想增大至50ms，时间乘以50倍，对应频率缩小50倍，所以设置宏configTICK_RATE_HZ 为20。

#define configTICK_RATE_HZ                              20                    /* 定义系统时钟节拍频率, 单位: Hz, 无默认需定义 */

2.4完成程序内容

函数TaskDelay()可以引起任务调度，会将当前正在运行的任务挂载到阻塞列表，和章节1中时间片调度举例类似，如果任务3被阻塞会直接更换运行的任务，去运行Task1，并不能提现到一个时间片为50ms的作用（这里是为了得到Task1一个时间片中的运行次数），所以使用自己写的死延时函数delay_ms()。Task1任务函数中，死延时了10ms，理论上是应该运行Task1任务函数5次，但是函数printf()也会消耗一部分时间，整个运行时间大于10ms，所以运行次数应该是小于5次的（运行4~5次）。最后，将Task1和Task2的任务优先级都设置为2，设置为同等优先级即可。假设在50ms时，Task1运行至函数printf()，此时还没打印完就转向运行Task2，串口打印信息会乱掉，所以需要在printf()函数前后加上开启临界区和关闭临界区，也就是关闭任务调度。由于进入临界区会影响实时性，所以需要在进入和退出临界区之间的代码运行时间尽可能短。

#include "freertos_demo.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "key.h"
#include "delay.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*/

/* START_TASK 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define START_TASK_PRIO         1
#define START_TASK_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );

/* TASK1 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define TASK1_PRIO         2
#define TASK1_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task1_handler;
void task1( void * pvParameters );

/* TASK2 任务 配置
 * 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
 */
#define TASK2_PRIO         2
#define TASK2_STACK_SIZE   128
TaskHandle_t    task2_handler;
void task2( void * pvParameters );
/******************************************************************************************************/


/**
 * @brief       FreeRTOS例程入口函数
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void freertos_demo(void)
{    
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   start_task,
                (char *                 )   "start_task",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   START_TASK_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   START_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &start_task_handler );
    vTaskStartScheduler();
}


void start_task( void * pvParameters )
{
		taskENTER_CRITICAL();                              /*进入临界区*/
    xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task1,
                (char *                 )   "task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK1_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK1_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &task1_handler );
		xTaskCreate((TaskFunction_t         )   task2,
                (char *                 )   "task2",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE )   TASK2_STACK_SIZE,
                (void *                 )   NULL,
                (UBaseType_t            )   TASK2_PRIO,
                (TaskHandle_t *         )   &task2_handler );
    vTaskDelete(NULL);
		taskEXIT_CRITICAL();                              /*退出临界区*/
}

/* 任务1，实现LED0每500ms闪烁一次，用来提示系统正在运行 */
void task1( void * pvParameters )
{
		uint32_t task1_num=0;
    while(1)
    {
			taskENTER_CRITICAL();                              /*进入临界区*/
			printf("task1运行次数：%d\r\n",++task1_num);
			taskEXIT_CRITICAL();                               /*退出临界区*/
			delay_ms(10);
			
    }
}
/* 任务2，调用列表和列表项相关API函数，并且通过串口输出相应的信息，进行观察 */
void task2( void * pvParameters )
{
		uint32_t task2_num=0;
    while(1)
    {
			taskENTER_CRITICAL();                              /*进入临界区*/
			printf("task2运行次数：%d\r\n",++task2_num);
			taskEXIT_CRITICAL();                               /*退出临界区*/
			delay_ms(10);
    }
}

实验现象：
首先会运行4次Task1，然后运行4次Task2，如此循环。在运行过程中可能会运行5次，是大于1ms但是并没有大多少，执行第5次时可能只执行了一部分，下次继续执行，即可完成运行5次。如果将Task2的任务优先级设置为3，则Task2会一直存在于运行列表，并不会让Task1执行，因为程序中使用的是死延时并不能使Task2挂载到阻塞列表，启动任务调度器。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-704238.html

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