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FreeRTOS如何減少RAM占用空間并加快執行速度?

工程師 ? 來源:strongerHuang ? 作者:strongerHuang ? 2020-10-14 14:52 ? 次閱讀
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之前分享了《FreeRTOS V10.4.0更新了哪些功能?》,今天就來詳細講述其中的一個知識點:FreeRTOS的直接任務(消息)通知,這樣做的目的就是減少RAM占用空間并加快執行速度。

一、寫在前面

幾乎所有RTOS操作系統都提供了隊列和信號量的功能,對于大部分新手來說,使用隊列和信號量是必備技能。

但是,在大多數情況下,他們都是使用“中介對象”進行通信,而并非“直接任務消息”通信。

通過“中介對象”進行通信,每一組隊列或信號量都會分配一段內存(消息緩沖區和流緩沖區)。就存在一個問題,如果隊列或信號量比較多,勢必造成更大的內存開支。

但是,如果通過本文說的“直接消息”通信,會節約很多內存。

二、什么是直接任務通知?

大多數任務間通信方法都通過中介對象,例如隊列,信號量或事件組。發送任務寫入通信對象,接收任務從通信對象讀取。

比如FreeRTOS的隊列通信,首先創建隊列之前要定義一個隊列:

QueueHandle_t xQueue;xQueue = xQueueCreate(10, sizeof( /* 長度 */ ) );

而這個隊列包含了很多中介對象:

大家可以算一下這個“中介對象”會占用多少RAM空間?

通過一個代碼示意圖理解中介對象通信:

直接任務通知:

當使用直接任務通知時,顧名思義,發送任務將通知直接發送給接收任務,而無需中介對象。

通過一個代碼示意圖理解:

從FreeRTOS V10.4.0開始,每個任務都有一系列通知。每個通知都包含一個32位值和一個布爾狀態,它們一起僅消耗5個字節的RAM。

就像任務可以阻止二進制信號量等待該信號量變為“可用”一樣,任務可以阻止通知以等待該通知的狀態變為“待處理”。同樣,就像任務可以阻止計數信號量以等待該信號量的計數變為非零一樣,任務可以阻止通知以等待該通知的值變為非零。下面的第一個示例演示了這種情況。

通知不僅可以傳達事件,還可以通過多種方式傳達數據。

三、進一步分析直接任務通知

通過對比FreeRTOS V10.4.0和之前版本,你會發現V10.4.0多了一些API,比如ulTaskNotifyTake / ulTaskNotifyTakeIndexed:

在官網也有針對這些API的詳細介紹和說明,以及應用代碼例子:

直接任務通信API說明地址:

https://www.freertos.org/RTOS-task-notification-API.html

(公號不支持外鏈接,請復制鏈接到瀏覽器打開)

四、使用直接任務通知性能優勢和使用限制

任務通知的靈活性使它們可以在需要創建單獨的隊列、 二進制信號量、 數信號量或事件組的情況下使用。

與使用中介對象(例如信號量)來取消阻止任務相比,使用直接通知取消阻止RTOS任務的速度快了45% (來自官方數據) ,并且使用的RAM更少。

當然,有這些性能優勢,也肯定一些限制:

僅當只有一個任務可以作為事件的接收者時,才可以使用RTOS任務通知。但是,在大多數實際使用情況下都可以滿足此條件,例如中斷使執行任務處理的任務中斷時,該任務將處理該中斷接收的數據。

僅在使用RTOS任務通知代替隊列的情況下:接收任務可以在“阻塞”狀態下等待通知(因此不占用任何CPU時間),而發送任務不能在“阻塞”狀態下等待消息。如果發送無法立即完成,則發送完成。

五、使用方法

使用方法其實很簡單,只要你會使用RTOS的隊列、信號量,基本看一眼官方例子就能使用。

我這里也拿官方例子說明一下:

/* main() 創建的兩個任務的原型 */static void prvTask1( void *pvParameters );static void prvTask2( void *pvParameters );/* 處理由main() 創建的任務的句柄 */static TaskHandle_t xTask1 = NULL, xTask2 = NULL;/* 創建兩個任務,來回發送通知,然后啟動RTOS調度程序 */void main( void ){ xTaskCreate( prvTask1, “Task1”, 200, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &xTask1 ); xTaskCreate( prvTask2, “Task2”, 200, NULL, tskIDLE_PRIORITY, &xTask2 ); vTaskStartScheduler();}/*———————————————————–*//* prvTask1() 使用API的“索引”版本 */static void prvTask1( void *pvParameters ){ for( ;; ) { /* 發送通知到prvTask2() ,使其脫離“已阻止”狀態。*/ xTaskNotifyGiveIndexed( xTask2, 0 ); /* 阻止等待prvTask2() 通知此任務 */ ulTaskNotifyTakeIndexed( 0, pdTRUE, portMAX_DELAY ); }}/*———————————————————–*//* prvTask2()使用API的原始版本(不帶“索引”) */static void prvTask2( void *pvParameters ){ for( ;; ) { /* 等待prvTask1()通知此任務 */ ulTaskNotifyTake( pdTRUE, portMAX_DELAY ); /* 向prvTask1()發送通知,使它退出“已阻止”狀態 */ xTaskNotifyGive( xTask1 ); }}

責任編輯:haq

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