FreeRTOS系列技術(shù)文章：上下文切換

嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）中的上下文切換是指保存和恢復(fù)任務(wù)的狀態(tài)，以使調(diào)度程序能夠切換到另一個任務(wù)，從而促進(jìn)多任務(wù)處理。

目的：

通過在任務(wù)之間高效切換來啟動多任務(wù)處理，提供并發(fā)執(zhí)行。

任務(wù)狀態(tài)組件：

程序計數(shù)器（PC）、寄存器、堆棧指針（SP）、狀態(tài)寄存器/標(biāo)志。

上下文切換中的步驟：

保存當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)

更新任務(wù)控制塊（TCB）

選擇下一個任務(wù)

恢復(fù)下一個任務(wù)的狀態(tài)

上下文切換的開銷：

時間和資源的開銷

RTOS旨在最大限度地減少實時響應(yīng)的開銷

搶占：

搶占允許中斷更高優(yōu)先級任務(wù)的任務(wù)

自愿或非自愿的搶占

頻率和影響：

頻繁使用多任務(wù)系統(tǒng)

影響取決于RTOS和調(diào)度器的效率

實時性的考慮：

滿足截止日期的確定性時間

解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn)

示例場景：

傳感器讀取任務(wù)切換出去，以允許嵌入式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理任務(wù)。

ISR中的上下文切換：

上下文開關(guān)可能發(fā)生在ISR中，需要特殊處理以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。

FreeRTOS示例（STM32）：

// LED切換的任務(wù)功能
void vLEDTask(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // Toggle LED state
    // Example: Toggle STM32 LED connected to GPIO_PIN_13
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_13);


    // Delay for 500 ms
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
  }
}


// Task function for UART communication
void vUARTTask(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // Implement UART communication task


    // Delay for 1000 ms
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
  }
}
int main(void) {
  // STM32 HAL initialization


  // Create an LED task
  xTaskCreate(vLEDTask, "LED Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);


  // Create a UART task
  xTaskCreate(vUARTTask, "UART Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);


  // Start FreeRTOS scheduler
  vTaskStartScheduler();


  // Should not reach here
  while (1) {
  }
}

這個例子演示了一個簡單的基于FreeRTOS的STM32項目，有兩個任務(wù)：一個是切換LED，另一個是處理UART通信。這些任務(wù)通過上下文切換同時運(yùn)行，展示了嵌入式系統(tǒng)中多任務(wù)處理的基礎(chǔ)知識。任務(wù)的實際實施取決于具體的應(yīng)用要求。