利用STM32CubeMX和keil模拟器，3天入门FreeRTOS（2.2） —— 延时函数

前言

（1）FreeRTOS是我一天过完的，由此回忆并且记录一下。个人认为，如果只是入门，利用STM32CubeMX是一个非常好的选择。学习完本系列课程之后，再去学习网上的一些其他课程也许会简单很多。
（2）本系列课程是使用的keil软件仿真平台，所以对于没有开发板的同学也可也进行学习。
（3）叠甲，再次强调，本系列课程仅仅用于入门。学习完之后建议还要再去寻找其他课程加深理解。
（4）本系列博客对应代码仓库：

前期准备

（1）将1.1章节博客最终的代码复制一份。

（2）首先，我们调整高其中一个任务的优先级（按Ctrl+F搜索add threads 即可找到如下部分，并进行补充）

  /* USER CODE BEGIN RTOS_THREADS */
  /* add threads, ... */
	keilTaskHandle = xTaskCreateStatic(StartKeilTask,"KeilTask", 128, NULL, osPriorityLow2, g_pucStackKeilTaskBuff,&g_TCBKeilTask);
	if(keilTaskHandle == NULL)
	{
		printf("KeilTask creation failed\r\n");
	}

（3）填充StartCubemxTask()函数。（按Ctrl+F搜索StartCubemxTask即可找到任务函数）

/* USER CODE END Header_StartCubemxTask */
void StartCubemxTask(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartCubemxTask */
	char *CubemxTaskPrintf = (char *)argument;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
		printf(CubemxTaskPrintf);
		HAL_Delay(100);
  }
  /* USER CODE END StartCubemxTask */
}

几种延时函数介绍

HAL_Delay()

理论

（1）这是一个阻塞式延时函数，会占用CPU的资源，不会切换到其他任务。
（2）前面章节，我们讲解了FreeRTOS的4种任务状态。在多任务中，使用阻塞延时函数，其实就是一直在Running（运行态）死等延时结束，这样是非常占用CPU资源的，用粗俗一点的话来说，就是占着茅坑不拉*。所以说，对于RTOS而言，是不建议使用HAL_Delay()这种阻塞延时函数的。
（3）其实在裸机中，也不建议使用HAL_Delay()这种阻塞式延时函数。
（4）HAL_Delay()函数声明如下，单位是1ms，传入的值要求是0~65535之间。

/**
 * @brief  阻塞式延时，单位1ms
 *
 * @param  要延时的时间，单位ms，取值范围是0~65535
 *
 * @return 无
 */
__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay);

实操

（1）这里不需要进行任何调整，代码如下。（按Ctrl+F搜索StartKeilTask即可找到任务函数）

void StartKeilTask(void *argument)
{
	while(1)
	{
		//实验1，阻塞式延时
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
		HAL_Delay(100);
	}
}

（2）开始调试，会发现，串口没有数据打印。这个是为什么呢？原因很简单，因为波形变化的任务StartKeilTask()优先级高于串口任务StartCubemxTask()，而又因为FreeRTOS作为抢占式操作系统，高优先级任务不停止，低优先级任务无法执行。因此，串口将永远无法出现数据打印信息。

vTaskDelay()

理论

（1）vTaskDelay()函数的实现，其实就是类似一次任务挂起，等延时时间到，恢复任务。因此vTaskDelay()函数不会造成阻塞情况，当调用vTaskDelay()函数之后，任务进入阻塞态，运行态执行其他任务。这样做能够提高CPU的使用率，同时给低优先级的任务执行空间。
（2）vTaskDelay()函数的声明如下，需要注意的是，vTaskDelay()函数的单位并一定是1ms。vTaskDelay()函数是以时钟节拍（tick）为单位的时间，我们可以根据portTICK_PERIOD_MS这宏知道时钟节拍是多少。
（3）我们要进行延时101ms，就传入101/portTICK_PERIOD_MS。需要各位了解的是，如果时钟节拍（tick）是1ms，那么最终延时的确实是101ms。但是如果时钟节拍（tick）是10ms，那么最终延时的时间是100ms。 因为我们的单位是时钟节拍（tick），最终的延时时间要是时钟节拍（tick）的整数倍。

/**
 * @brief  非阻塞式相对延时
 *
 * @param  要延时的时间，单位tick
 *
 * @return 无
 */
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay );

（4）如果要使用vTaskDelay()函数，需要确认在FreeRTOSConfig.h文件中将INCLUDE_vTaskDelay这个宏定义置1。

（5）vTaskDelay()函数在使用过程中，需要注意以下两点。
<1>临界区中不能使用。（临界区的知识将会在后面的同步与互斥章节讲解）
<2>不能在中断服务中使用。

// 进入临界区
pthread_mutex_lock(&mutex);

// 访问共享资源，这里不能使用这里不能使用 vTaskDelay()
sharedVariable++;

// 离开临界区
pthread_mutex_unlock(&mutex);

实操

（1）按Ctrl+F搜索StartKeilTask即可找到任务函数，并且进行如下补充。

void StartKeilTask(void *argument)
{
	while(1)
	{
		//实验2，非阻塞式相对延时
		HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
		vTaskDelay(100/portTICK_PERIOD_MS); 
	}
}

（2）开始仿真此时我们可以看到，虚拟逻辑分析仪上有电平变化，并且虚拟串口有数据打印了。对照这两张图的结果，就很好的能够理解和区分vTaskDelay()和HAL_Delay()这两个函数的阻塞与非阻塞的意思。

vTaskDelayUntil()

理论

（1）vTaskDelay()延时函数很好理解，即相对于 vTaskDelay() 被调用的时刻开始进行相对的时间延时。
（2）但是，假如我想像裸机定时器那样，进行周期性的绝对延时，应当如何处理呢？为了解决这个问题，FreeRTOS提供了vTaskDelayUntil()。
（3）vTaskDelayUntil()函数每次延时是根据调用xTaskGetTickCount()的时刻开始，然后间隔你设置的延时时间进行延时。xTaskGetTickCount()被调用的时刻，你可以理解为裸机定时器的定时器计数开始时刻，传入的xTimeIncrement就是裸机定时的周期定时时间，单位是tick。
（4）需要注意的是，这里的vTaskDelayUntil()提供了裸机定时器的效果，但是却有些许不同，裸机的定时器只要配置好之后，就会以绝对时间周期性调用，之后就不再需要理会。这里不同，你每次被唤醒之后，还想以绝对时间周期性延时，那么就需要再调用一次vTaskDelayUntil()重新装载延时时间。否则将会停止延时。

/**
 * @brief  非阻塞式相对延时
 *
 * @param  无
 *
 * @return 系统时钟节拍数
 */
TickType_t xTaskGetTickCount( void );
/**
 * @brief  非阻塞式相对延时
 *
 * @param  -pxPreviousWakeTime 存储任务上一次唤醒的时间，如果第一次使用，调用xTaskGetTickCount()进行初始化
 *         -xTimeIncrement     要延时的时间，单位tick
 *
 * @return 无
 */
void vTaskDelayUntil( TickType_t * const pxPreviousWakeTime, const TickType_t xTimeIncrement );

实操1—绝对延时和相对延时区别

（1）按Ctrl+F搜索StartKeilTask即可找到任务函数，并且进行如下补充。

void StartKeilTask(void *argument)
{
	//实验3，周期性非阻塞式延时
	TickType_t preTime = xTaskGetTickCount(); 
	int i = 1;
	while(1)
	{
		//实验3，非阻塞式绝对延时，了解绝对延时和相对延时区别
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
		if(i < 4)
		{
			i++;
			HAL_Delay(i*20);
		}
		else
		{
			i = 1;
			HAL_Delay(i*20);
		}
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
		//vTaskDelay(100/portTICK_PERIOD_MS);
		vTaskDelayUntil(&preTime, 100/portTICK_PERIOD_MS);
	}
}

（2）我们对比vTaskDelay(100/portTICK_PERIOD_MS)和vTaskDelayUntil(&preTime, 100/portTICK_PERIOD_MS)看一下结果。
<1>在vTaskDelay(100/portTICK_PERIOD_MS)的测试结果中，我们发现，低电平的持续时间永远是0.1s。因为他的延时是基于vTaskDelay(100/portTICK_PERIOD_MS)被调用时刻开启的相对延时。

<2>在vTaskDelayUntil(&preTime, 100/portTICK_PERIOD_MS)的测试结果中，我们发现，两次上升沿的间隔时间永远是0.1s。因为这个的延时是基于pxPreviousWakeTime这个参数为基准的绝对延时，而这个参数的值一般都是xTaskGetTickCount()函数提供。

实操2—vTaskDelayUntil()的延时特性

（1）因为，上面我说了vTaskDelayUntil()提供了裸机定时器的效果，但是却有些许不同。这里我们将会展示，如果只调用vTaskDelayUntil()函数10次，10次之后，是否还会存在低电平。（注意，如果vTaskDelayUntil()不再具备延时效果之后，将不会看到低电平。因为引脚置低之后，将会马上置高。）

void StartKeilTask(void *argument)
{
	//实验3，周期性非阻塞式延时
	TickType_t preTime = xTaskGetTickCount(); 
	int i = 1,j = 0;
	while(1)
	{
		//实验4，了解vTaskDelayUntil()的延时特性
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
		if(i < 4)
		{
			i++;
			HAL_Delay(i*20);
		}
		else
		{
			i = 1;
			HAL_Delay(i*20);
		}
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
		if(j<10)
		{
			j++;
			vTaskDelayUntil(&preTime, 100/portTICK_PERIOD_MS);
		}
	}
}

（2）测试后发现，这个延时函数，每次绝对延时，都需要被调用不能够像裸机定时器那样自动延时。

osDelay()和osDelayUntil()

（1）这两个函数分别是vTaskDelay()和vTaskDelayUntil()的RTOS抽象层。使用方法和上述一样，不再赘述。

参考

（1）C站：freertos的vTaskDelay使用禁忌
（2）C站：FreeRTOS一天一个小知识之任务延时函数vTaskDelay
（3）FreeRTOS官方文档：vTaskDelay函数介绍
（4）FreeRTOS官方文档：vTaskDelayUntil函数介绍