在 ESP32 上使用 FreeRTOS 进行绝对任务调度

在 ESP32 上使用 FreeRTOS 进行绝对任务调度

嵌入式系统通常需要满足实时性的要求，因此使用实时操作系统（RTOS）是一种常见的解决方案。ESP32是一款强大的WiFi和蓝牙模块，它支持使用FreeRTOS进行实时任务调度。在本文中，我们将介绍如何在ESP32上使用FreeRTOS，以及如何创建和调度实时任务。

什么是FreeRTOS？

FreeRTOS是一个开源的实时操作系统内核，专为嵌入式系统设计。它提供了任务调度、时间管理、任务通信和同步等功能，使得开发者能够更轻松地开发实时应用程序。FreeRTOS的内核代码高度可移植，因此可以在不同的硬件平台上运行。

相对延迟,绝对延迟是任务在 FreeRTOS 中进行时间控制时使用的两种不同方式。

相对延迟和绝对延迟区别

1. 相对延迟：

   • 使用 vTaskDelay 函数。
   • 任务在当前时间的基础上延迟一定的时间量。
   • 时间的单位是时钟节拍（Tick）。
   • 任务等待的时间是相对于当前的时钟节拍计数而言的，不考虑任务的启动时间或上一次唤醒时间。
   • 在实时性要求相对较低的情况下，相对延迟是一个简单而方便的选择。

2. 绝对延迟：

   • 使用 vTaskDelayUntil 函数。
   • 任务在指定的绝对时间点运行。
   • 时间的单位是时钟节拍（Tick）。
   • 任务等待的时间是相对于一个基准时间的，任务在此基准时间的基础上延迟指定的时间量。
   • 考虑了任务的启动时间和上一次唤醒时间，更精准地控制任务的执行时间。
   • 在实时性要求较高、需要更精确的时间控制的场景中，绝对延迟是更合适的选择。

进行绝对任务调度

ESP32内置了对FreeRTOS的支持，因此可以轻松地在ESP32上使用FreeRTOS进行任务调度。

FreeRTOS 中的任务延迟可以通过两种方式实现：相对延迟和绝对延迟。绝对任务延迟是指任务在一个特定的绝对时间点运行，而不是相对于当前时间的相对延迟。FreeRTOS 提供了 vTaskDelayUntil 函数来实现绝对任务延迟。

vTaskDelayUntil 函数

vTaskDelayUntil 函数用于设置任务的绝对延迟，让任务在指定的绝对时间点运行。其原型如下：

void vTaskDelayUntil(TickType_t *pxPreviousWakeTime, const TickType_t xTimeIncrement);

• pxPreviousWakeTime：指向 TickType_t 类型的变量的指针，用于保存任务上一次唤醒的时间。
• xTimeIncrement：任务下一次唤醒的时间间隔。

示例

以下是一个使用 vTaskDelayUntil 的简单示例，其中任务每隔 1000 个时钟节拍（Tick）运行一次：

#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>

void vTaskExample(void *pvParameters) {
    TickType_t xLastWakeTime;
    const TickType_t xFrequency = 1000;  // 延迟的时间间隔，单位是时钟节拍

    // 获取当前系统时间
    xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();

    for (;;) {
        // 任务逻辑
        // ...

        // 延迟到下一个绝对时间点
        vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency);
    }
}

void setup() {
    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskExample, "Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
}

void loop() {
    // 空的 loop 函数
}

在这个例子中，vTaskExample 任务会每隔 1000 个时钟节拍运行一次。通过使用 vTaskDelayUntil 函数，任务能够在绝对的时间点进行延迟，而不是相对于当前时间。这样可以更精准地控制任务的执行频率。

示例验证

在任务循环中添加串口打印功能，打印此时系统时间

for (;;) {
        // 任务逻辑
        // ...
        Serial.println(xTaskGetTickCount());
        // 延迟到下一个绝对时间点
        vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, xFrequency);
    }

和预想的一样每次打印任务的时间完美延迟1000节拍

总结

在ESP32上使用FreeRTOS的vTaskDelayUntil函数，可以轻松实现绝对延迟的任务调度。这种方式非常适用于实时应用程序，其中任务的执行时序对系统的正确性和性能有严格要求。