FreeRTOS(3)：事件组、任务通知

1.事件组

学校组织秋游，组长在等待：

　　⚫ 张三：我到了

　　⚫ 李四：我到了

　　⚫ 王五：我到了

　　⚫ 组长说：好，大家都到齐了，出发！

秋游回来第二天就要提交一篇心得报告，组长在焦急等待：张三、李四、王五谁先写好 就交谁的。

在这个日常生活场景中：

　　⚫ 出发：要等待这 3 个人都到齐，他们是"与"的关系

　　⚫ 交报告：只需等待这 3 人中的任何一个，他们是"或"的关系 在 FreeRTOS 中，可以使用事件组(event group)来解决这些问题。

1.1 事件组概念

事件组可以简单地认为就是一个整数：

　　⚫ 每一位表示一个事件

　　⚫ 每一位事件的含义由程序员决定，比如：Bit0 表示用来串口是否就绪，Bit1 表示按键是否被按下

　　⚫ 这些位，值为 1 表示事件发生了，值为 0 表示事件没发生

　　⚫ 一个或多个任务、ISR 都可以去写这些位；一个或多个任务、ISR 都可以去 读这些位

　　⚫ 可以等待某一位、某些位中的任意一个，也可以等待多位

 事件标志组本质是一个 16 位或 32 位无符号的数据类型 EventBits_t ，由 configUSE_16_BIT_TICKS决定。

事件组操作

事件组和队列、信号量等不太一样，主要集中在 2 个地方：

⚫ 唤醒谁？

　　◼ 队列、信号量：事件发生时，只会唤醒一个任务

　　◼ 事件组：事件发生时，会唤醒所有符号条件的任务，简单地说它有"广播"的 作用

⚫ 是否清除事件？

　　◼ 队列、信号量：是消耗型的资源，队列的数据被读走就没了；信号量被获取 后就减少了

　　◼ 事件组：被唤醒的任务有两个选择，可以让事件保留不动，也可以清除事件

1.2 事件组相关API

参考链接：https://blog.csdn.net/qq_73379310/article/details/132052243

函数	描述
xEventGroupCreate()	使用动态方式创建事件标志组
xEventGroupCreateStatic()	使用静态方式创建事件标志组
xEventGroupClearBits()	清零事件标志位
xEventGroupClearBitsFromISR()	在中断中清零事件标志位
xEventGroupSetBits()	设置事件标志位
xEventGroupSetBitsFromISR()	在中断中设置事件标志位
xEventGroupWaitBits()	等待事件标志位

 

1.2.1 创建事件组

?

1	EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void );

参数：

        无

返回值：

        成功，返回对应事件标志组的句柄；

        失败，返回 NULL 。

1.2.2 设置事件标志位

?

1	EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup,const EventBits_t uxBitsToSet );

参数：

        xEventGroup：对应事件组句柄。 uxBitsToSet：指定要在事件组中设置的一个或多个位的按位值。

返回值：

        设置之后事件组中的事件标志位值。

1.2.3 等待事件标志位

?

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EventBits_t xEventGroupWaitBits(                 const EventGroupHandle_t xEventGroup,                 const EventBits_t uxBitsToWaitFor,                 const BaseType_t xClearOnExit,                 const BaseType_t xWaitForAllBits,                 TickType_t xTicksToWait );

参数：

xEventGroup：对应的事件标志组句柄

uxBitsToWaitFor：指定事件组中要等待的一个或多个事件位的按位值

xClearOnExit：pdTRUE——清除对应事件位，pdFALSE——不清除

xWaitForAllBits：

pdTRUE——所有等待事件位全为1（逻辑与），pdFALSE——等待的事件位有一个为1（逻辑或）

xTicksToWait：超时

返回值：

等待的事件标志位值：等待事件标志位成功，返回等待到的事件标志位

其他值：等待事件标志位失败，返回事件组中的事件标志位
1.2.4 清除事件标志位

?

1 2	EventBits_t xEventGroupClearBits(EventGroupHandle_t xEventGroup,                 const EventBits_t uxBitsToClear );

参数：

        xEventGroup：对应事件组句柄。 uxBitsToClear：指定要在事件组中清除的一个或多个位的按位值。

返回值：

        清零之前事件组中事件标志位的值。

2.任务通知

　　所谓"任务通知"，你可以反过来读"通知任务"。

　　我们使用队列、信号量、事件组等等方法时，并不知道对方是谁。使用任务通知时，可以明确指定：通知哪个任务。

　　使用队列、信号量、事件组时，我们都要事先创建对应的结构体，双方通过中间的结构体通信：

 使用任务通知时，任务结构体TCB中就包含了内部对象，可以直接接收别人发过来的" 通知"：

 2.1 任务通知的特性

2.1.1优势及限制　　

任务通知的优势：

　　⚫ 效率更高：使用任务通知来发送事件、数据给某个任务时，效率更高。比队 列、信号量、事件组都有大的优势。

　　⚫ 更节省内存：使用其他方法时都要先创建对应的结构体，使用任务通知时无需额外创建结构体。

任务通知的限制：

　　⚫ 不能发送数据给 ISR：

　　ISR 并没有任务结构体，所以无法使用任务通知的功能给 ISR 发送数据。

　　但是 ISR 可以使用任务通知的功能，发数据给任务。

　　⚫ 数据只能给该任务独享

　　使用队列、信号量、事件组时，数据保存在这些结构体中，其他任务、ISR 都可以访问这些数据。使用任务通知时，数据存放入目标任务中，只有它可以访问这些数据。

　　在日常工作中，这个限制影响不大。因为很多场合是从多个数据源把数据发给某个任务，而不是把一个数据源的数据发给多个任务。

　　⚫ 无法缓冲数据

　　使用队列时，假设队列深度为 N，那么它可以保持 N 个数据。

　　使用任务通知时，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保持一个数据。

　　⚫ 无法广播给多个任务

　　使用事件组可以同时给多个任务发送事件。

　　使用任务通知，只能发个一个任务。

　　⚫ 如果发送受阻，发送方无法进入阻塞状态等待

　　假设队列已经满了，使用 xQueueSendToBack()给队列发送数据时，任务可以进入阻塞状态等待发送完成。

　　使用任务通知时，即使对方无法接收数据，发送方也无法阻塞等待，只能即刻返回错误。

2.1.2 通知状态和通知值

每个任务都有一个结构体：TCB(Task Control Block)，里面有 2 个成员：

　　⚫ 一个是 uint8_t 类型，用来表示通知状态

　　⚫ 一个是 uint32_t 类型，用来表示通知值

?

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typedef struct tskTaskControlBlock {  ......  /* configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES = 1 */  volatile uint32_t ulNotifiedValue[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];  volatile uint8_t ucNotifyState[ configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES ];  ...... } tskTCB;

　通知状态有3种取值：

　　⚫ taskNOT_WAITING_NOTIFICATION：任务没有在等待通知

　　⚫ taskWAITING_NOTIFICATION：任务在等待通知

　　⚫ taskNOTIFICATION_RECEIVED：任务接收到了通知，也被称为 pending(有 数据了，待处理)　

通知值可以有很多种类型： ⚫ 计数值 ⚫ 位(类似事件组) ⚫ 任意数值

FreeRTOS 提供以下几种方式发送通知给任务 ：

发送消息给任务，如果有通知未读， 不覆盖通知值

发送消息给任务，直接覆盖通知值

发送消息给任务，设置通知值的一个或者多个位

发送消息给任务，递增通知值

通过对以上方式的合理使用，可以在一定场合下替代原本的队列、信号量、事件标志组等。
2.2 任务通知相关API

参考链接：https://blog.csdn.net/qq_73379310/article/details/132052243

2.2.1 发送通知

 

函数	描述
xTaskNotify()	发送通知，带有通知值
xTaskNotifyAndQuery()	发送通知，带有通知值并且保留接收任务的原通知值
xTaskNotifyGive()	发送通知，不带通知值
xTaskNotifyFromISR()	在中断中发送任务通知
xTaskNotifyAndQueryFromISR()	在中断中发送任务通知
vTaskNotifyGiveFromISR()	在中断中发送任务通知

 

?

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BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify,                         uint32_t ulValue,                         eNotifyAction eAction );

　　

参数：

        xTaskToNotify：需要接收通知的任务句柄；

        ulValue：用于更新接收任务通知值， 具体如何更新由形参 eAction 决定；

        eAction：一个枚举，代表如何使用任务通知的值；

 

枚举值	描述
eNoAction	发送通知，但不更新值（参数ulValue未使用）
eSetBits	被通知任务的通知值按位或ulValue。（某些场景下可代替事件组，效率更高）
eIncrement	被通知任务的通知值增加1（参数ulValue未使用），相当于xTaskNotifyGive
eSetValueWithOverwrite	被通知任务的通知值设置为 ulValue。（某些场景下可代替xQueueOverwrite ，效率更高）
eSetValueWithoutOverwrite	如果被通知的任务当前没有通知，则被通知的任务的通知值设为ulValue。 如果被通知任务没有取走上一个通知，又接收到了一个通知，则这次通知值丢弃，在这种情况下视为调用失败并返回pdFALSE (某些场景下可代替xQueueSend ，效率更高)

 

返回值：

        如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回

pdFALSE， 而其他情况均返回pdPASS。

 

?

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BaseType_t xTaskNotifyAndQuery( TaskHandle_t xTaskToNotify,                         uint32_t ulValue,                         eNotifyAction eAction,                         uint32_t *pulPreviousNotifyValue );

　　

参数：

xTaskToNotify：需要接收通知的任务句柄；

ulValue：用于更新接收任务通知值， 具体如何更新由形参 eAction 决定；

eAction：一个枚举，代表如何使用任务通知的值；

pulPreviousNotifyValue：对象任务的上一个任务通知值，如果为 NULL， 则不需要回传， 这个时候就等价于函数 xTaskNotify()。

返回值：

如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回pdFALSE， 而其他情况均返回pdPASS。

?

1	BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );

　　

参数：

        xTaskToNotify：接收通知的任务句柄， 并让其自身的任务通知值加 1。

返回值：

        总是返回 pdPASS。

 

2.2.2 等待通知

　　等待通知API函数只能用在任务，不可应用于中断中！

函数	描述
ulTaskNotifyTake()	获取任务通知，可以设置在退出此函数的时候将任务通知值清零或者减一。 当任务通知用作二值信号量或者计数信号量的时候，使用此函数来获取信号量。
xTaskNotifyWait()	获取任务通知，比 ulTaskNotifyTak()更为复杂，可获取通知值和清除通知值的指定位

 

?

1 2	uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit,                             TickType_t xTicksToWait );

　　

参数：（关键）

xClearCountOnExit：指定在成功接收通知后，将通知值清零或减 1，

　　pdTRUE：把通知值清零（二值信号量）；

　　pdFALSE：把通知值减一（计数型信号量）；

xTicksToWait：阻塞等待任务通知值的最大时间；

返回值：

0：接收失败

非0：接收成功，返回任务通知的通知值

 

?

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BaseType_t xTaskNotifyWait( uint32_t ulBitsToClearOnEntry,                     uint32_t ulBitsToClearOnExit,                     uint32_t *pulNotificationValue,                     TickType_t xTicksToWait );

　

ulBitsToClearOnEntry：函数执行前清零任务通知值那些位 。

ulBitsToClearOnExit：表示在函数退出前，清零任务通知值那些位，在清 0 前，接收到的任务通知值会先被保存到形参*pulNotificationValue 中。

pulNotificationValue：用于保存接收到的任务通知值。 如果不需要使用，则设置为 NULL 即可 。

xTicksToWait：等待消息通知的最大等待时间。