解决方案 #4 减少处理器开销

<<< | >>>

注意：自 FreeRTOS V4.0.0 推出以来，这些页面一直没有更新。 V4.0.0 引入了协程的概念，可为本教程所介绍的设计提供另一种新颖解决方案。更多信息，请参阅任务和协程文档。

概要

解决方案 #2 演示了如何通过充分利用 RTOS 功能来生成干净的应用程序。解决方案 #3 演示了如何将其应用于 RAM 资源有限的嵌入式计算机。解决方案 #4 进行了进一步的修改，目的是减少 RTOS 处理开销。

通过配置内核进行协作调度，创建混合调度算法（既不是完全抢占式，也不是完全协作式），然后从事件中断服务程序内执行上下文切换。

实现

解决方案 #4 函数任务和优先级

同样，关键设备控制功能通过高优先级任务实现，但使用协作式调度器需要对其实现进行修改。之前，使用 vTaskDelayUntil() API 函数维护定时。使用抢占式调度器时，为控制任务分配最高优先级可确保在指定的时间开始执行。而现在使用的是协作式调度器，只有在应用程序源代码明确请求时才会发生任务切换，因此保证的定时功能丢失。

解决方案 #4 使用外设定时器的中断，确保以控制任务所需的确切频率请求上下文切换。调度器确保每个请求的上下文切换都会切换到可运行的最高优先级任务。

键盘扫描函数也在由定时器中断触发的任务中执行，因此同样需要定期处理器时间。可以很容易地评估这项任务的定时；控制函数最坏的情况处理时间由错误情况给出，如果没有来自网络传感器的数据，则控制函数将超时。键盘扫描函数的执行时间基本固定。因此，我们可以确定，以这种方式链接其功能永远不会导致控制周期频率的抖动，或者更糟糕的是，不会导致错过控制周期。

RS232 任务将由 RS232 中断服务程序调度。

LED 功能的灵活定时要求意味着，可以将嵌入式 Web 服务器任务加入到空闲任务钩子。如果还不行的话，也可以移到高优先级任务。

操作理念

仅在显式请求上下文切换时，协作调度器才会执行上下文切换。这很大程度上降低了 RTOS 产生的处理器开销[除了空闲任务不能再将处理器置于节能模式之外？]。空闲任务（包括嵌入式 Web 服务器功能）将在没有任何不必要的内核中断的情况下执行。

来自 RS232 或定时器外设的中断将导致上下文切换，并且仅在必要时进行切换。这样， RS232 任务的优先级仍然高于空闲任务，并且自身仍可被设备控制任务抢占，以维持优先级较高的系统功能。

调度器配置

调度器配置为协作式操作。内核滴答仅用于维护实时滴答值。

评估

	只创建两个应用程序任务，因此使用的 RAM 少于解决方案 #2。
	RTOS 上下文切换开销降至最低，尽管空闲任务可能会使用更多的 CPU 周期，因为这些任务无法再使用节能模式。
	仅使用 RTOS 功能的子集。这需要在应用程序源代码层面更多地考虑定时和执行环境，但仍然可以显著简化设计（与解决方案 #1 相比）。
	依赖处理器外围设备，不可移植。
	仍需考虑解决方案 #1 中确定的模块之间的分析和相互依赖性问题，尽管程度要低得多。
	如果应用程序过大，设计可能无法扩展

结论

RTOS 内核的功能只需很少的开销，即使在处理器和内存限制无法实现完全抢占式解决方案的系统上，也可以实现简化的设计。

示例

此示例是先前介绍的假设应用程序的部分实现。使用 FreeRTOS API。

高优先级任务

高优先级任务由周期性中断服务程序“给定”的信号量触发：

void vTimerInterrupt( void )
{
    // 'Give' the semaphore.  This will wake the high priority task.
    xSemaphoreGiveFromISR( xTimingSemaphore );
    
    // The high priority task will now be able to execute but as
    // the cooperative scheduler is being used it will not start
    // to execute until we explicitly cause a context switch.
    taskYIELD();    
}

请注意，用于从 ISR 内强制上下文切换的语法因移植而异。不要直接复制此示例，而是检查您使用的移植文档。

高优先级任务包含设备控制和键盘功能。首先调用 PlantControlCycle()，以确保定时一致。

void HighPriorityTaskTask( void *pvParameters )
{
    // Start by obtaining the semaphore.
    xSemaphoreTake( xSemaphore, DONT_BLOCK );  

    for( ;; )
    {
        // Another call to take the semaphore will now fail until
        // the timer interrupt has called xSemaphoreGiveFromISR().
        // We use a very long block time as the timing is controlled
        // by the frequency of the timer.
        if( xSemaphoreTake( xSemaphore, VERY_LONG_TIME ) == pdTRUE )
        {
            // We unblocked because the semaphore became available.
            // It must be time to execute the control algorithm.
            PlantControlCycle();
            
            // Followed by the keyscan.
            if( KeyPressed( &Key ) )
            {
                UpdateDisplay( Key );
            }
        }
        
        // Now we go back and block again until the next timer interrupt.
    }
}

RS232 任务

RS232 任务只在等待数据到达的队列上阻塞。 RS232 中断服务程序必须将数据发布到队列中（使任务处于就绪态），然后强制执行上下文切换。这项机制就如同上面给出的定时器中断伪码。

因此， RS232 任务可以由以下伪代码表示：

void vRS232Task( void *pvParameters )
{
DataType Data;

    for( ;; )
    {
       if( cQueueReceive( xRS232Queue, &Data, MAX_DELAY ) )
        {
            ProcessRS232Data( Data );
        }        
    }
}

嵌入式 Web 服务器和 LED 功能

其他的系统功能放置在空闲任务钩子中。这只是由空闲任务每个循环调用的函数。

void IdleTaskHook( void )
{
static TickType_t LastFlashTime = 0;

    ProcessHTTPRequests();
    
    // Check the tick count value to see if it is time to flash the LED
    // again.
    if( ( xTaskGetTickCount() - LastFlashTime ) > FLASH_RATE )
    {
        UpdateLED();
        
        // Remember the time now so we know when the next flash is due.
        LastFlashTime = xTaskGetTickCount();
    } 
}

出色的 RTOS & 嵌入式软件 下载 FreeRTOS 菜单