FreeRTOS如何減少RAM占用空間并加快執(zhí)行速度？

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(zhí)行速度。

一、寫在前面

幾乎所有RTOS操作系統(tǒng)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(shù)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(nèi)存（消息緩沖區(qū)和流緩沖區(qū)）。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(nèi)存開支。

但是，如果通過本文說的“直接消息”通信，會節(jié)約很多內(nèi)存。

二、什么是直接任務通知？

大多數(shù)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(fā)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(chuàng)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(fā)送任務將通知直接發(fā)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(tài)，它們一起僅消耗5個字節(jié)的RAM。

就像任務可以阻止二進制信號量等待該信號量變?yōu)椤翱捎谩币粯?，任務可以阻止通知以等待該通知的狀態(tài)變?yōu)椤按幚怼?。同樣，就像任務可以阻止計?shù)信號量以等待該信號量的計數(shù)變?yōu)榉橇阋粯樱蝿湛梢宰柚雇ㄖ缘却撏ㄖ闹底優(yōu)榉橇?。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(shù)據(jù)。

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(fā)現(xiàn)V10.4.0多了一些API，比如ulTaskNotifyTake / ulTaskNotifyTakeIndexed：

在官網(wǎng)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(yōu)勢和使用限制

任務通知的靈活性使它們可以在需要創(chuàng)建單獨的隊列、 二進制信號量、 數(shù)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(shù)據(jù)） ，并且使用的RAM更少。

當然，有這些性能優(yōu)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(shù)實際使用情況下都可以滿足此條件，例如中斷使執(zhí)行任務處理的任務中斷時，該任務將處理該中斷接收的數(shù)據(jù)。

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(tài)下等待通知（因此不占用任何CPU時間），而發(fā)送任務不能在“阻塞”狀態(tài)下等待消息。如果發(fā)送無法立即完成，則發(fā)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(chuàng)建的兩個任務的原型 */static void prvTask1（ void *pvParameters ）;static void prvTask2（ void *pvParameters ）;/* 處理由main（） 創(chuàng)建的任務的句柄 */static TaskHandle_t xTask1 = NULL， xTask2 = NULL;/* 創(chuàng)建兩個任務，來回發(fā)送通知，然后啟動RTOS調(diào)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(fā)送通知到prvTask2（） ，使其脫離“已阻止”狀態(tài)。*/ 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(fā)送通知，使它退出“已阻止”狀態(tài) */ xTaskNotifyGive（ xTask1 ）; }}

責任編輯：haq