esp32-s3多任务处理

esp32_S3多任务处理

多任务介绍

• 多任务的概念：同一时间内执行多个任务，它充分利用CPU资源，提高程序的执行效率。
• 对于单核CPU处理多任务，操作系统会给每个运行的任务一小段运行的时间，时间一到，然后立马切换任务，由于交替切换的速度过快，以人的眼光去看感觉每个程序都是同时执行的错觉。
• 相对于多核CPU，操作系统会给每个内核安排一个执行的软件同时运行，从而达到同一个时间内执行多任务的效果。
• ESP32的任务和操作系统的进程的概念是一样的

• ESP32有两颗CPU，包含ProtocolcPU（称为CPUO或PRO_CPU）和ApplicationcPu（称为CPU1或APP_CPU）。这两个核实际上是相同的，并且共享相同的内存
• 我们之前用的setup和loop方法都是在CPU1上执行的CPUO一直不干活，我们要使用多任务让它动起来。
• 保证所有的任务都以合理正确的速率推进，不被其它任务所阻塞。

void1oop（）{
task1（）//这个需要较长的操作，比如59oms
task2（）；//这个需要50ms执行一次
}

有如上代码，任务一的时间较长，但任务二时间较短，就会有一定冲突。此时就适合双线程来完成任务。

时间片轮转调度

参考：(8条消息) UCOS学习笔记（四）时间片轮转调度_ucosii时间片轮转调度_爱吃肉的大高个的博客-CSDN博客

多任务处理相关函数

头文件

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

创建任务

BaseType_t tXTaskCreatePinnedToCore(TaskFunctiont_t pvTaskcode,
const char * const pcName,const uint32_t usstackDepth,
void* const pvParameters,UBaseType_t uxPriority,TaskHandle_t const pvCreatedTask,const BaseType_t xCoreID)；

• pvTaskCode：指向任务输入函数的指针。任务必须被实现为永不Return（如：死循环），或者应该使用
• vtTaskDelete:函数终止
• pcName：该任务的描述性名称，最大长度16字节
• usStackDepth：指定为字节数的任务堆栈的大小
• pvParameters：将用作所创建的任务的参数的指针，在创建任务的时候可以向任务传递参数。
• uxPriority：任务运行的优先级。目前ESP32的优先级有25级，0-24，数字越大优先级越高，Idle为0，loop任务的优先级是1
• pvCreatedTask：用于传递回所创建任务的句柄
• xCoreID：如果值为tskNOAFFINITY，则创建的任务不会固定到任何CPU，调度程序可以在任何可用的核心上运行。值0或1表示任务应固定到的CPU的索引编号。指定大于（portNUMPROCESSORS-1）的值将导致函数失败
• 函数成功返回pdPASS，其它值都是失败。

任务函数原型

void task（void* param）;

获取任务的优先级

如果在任务函数里获取本任务的优先级可以使用uxTaskPriorityGet（NULL）

UBaseType_t uxTaskPriorityGet(const TaskHandle_t xTask);

获取本任务在哪个CPU上运行

BaseType_t IRAM_ATTR xPortGetcoreID(void);

删除任务

如果在任务函数体内使用vTaskDelete（NULL）来结束本任务

void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete)

 

 

互斤量（xSemaphoreHandle）

互压量又称互床信号量（本质是信号量），是一种特殊的二值信号量，它用于实现对临界资源的独占式处理（它不会屏蔽CPU的中断处理）任意时刻互压量的状态只有两种，开锁或闭锁。当互斤量被任务持有时，该互压量处于闭锁状态，这个任务获得互压量的所有权。

xSemaphoreHandle//互斤锁，也算是一种信号量

创建一个互斤锁

xSemaphoreHandle xMutex = xSemaphoreCreateMutex()

获取互斤锁

xSemaphoreTake (xSemaphore,xBlockTime)

功能：在普通任务中获取信号量
参数：xSemaphore信号量句柄
xBlockTime等待的节拍数，立即返回，portMAX_DELAY等待到信号到来
ESP32默认的一节拍是1ms
返回值：pdTRUE：获取成功1pdFALSE：获取失败

释放互压锁

xSemaphoreGive（xSemaphore）

功能：在普通任务中释放信号量，也就是将信号量设为有信号的状态返回值：pdTRUE：设置成功 ，pdFALSE：设置失败

 

使用方法

if (xSemaphoreTake(xMutex,portMAX_DELAY))
//临界资源处理
xSemaphoreGive(xMutex);
}

 

综合例子

#include <FreeRTOSConfig.h>
xSemaphoreHandle xMutex; //互斥量
int number = 0;          //互斥资源void task1(void* param)
{static int count = 0;int p = *((int*)param);while(count++ < 200){int core = xPortGetCoreID();  //获取当前核Serial.printf("Core %d -> ", core);Serial.print("I am task1, Param: ");Serial.print(p);if(xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY)){Serial.printf(" number: %d", number);xSemaphoreGive(xMutex);}Serial.println();delay(2000);}vTaskDelete(NULL);  //结束任务
}void task2(void* param)
{static int count = 0;while(count++ < 200){int core = xPortGetCoreID();  //获取当前核Serial.printf("Core %d -> ", core);Serial.println("I am task2");if(xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY)){number++;xSemaphoreGive(xMutex);}delay(2000);}vTaskDelete(NULL);  //结束任务
}void setup() {Serial.begin(115200);TaskHandle_t handle1;int param = 30;xMutex = xSemaphoreCreateMutex();xTaskCreatePinnedToCore(task1, "task1", 2048, (void*)&param, 15, &handle1, 0);xTaskCreatePinnedToCore(task2, "task2", 2048, NULL, 15, NULL, 1);  
}void loop() {int core = xPortGetCoreID();  //获取当前核Serial.printf("Core %d -> I am loop ", core);auto pri = uxTaskPriorityGet(NULL);Serial.printf(" priority: %d", pri);Serial.println();delay(2000);//一个任务的delay不会影响到其它任务的运行
}

使用方法

if (xSemaphoreTake(xMutex, portMAX_DELAY)){ 
//临界资源处理
xSemaphoreGive（xMutex）；
}

多并行任务创建

#if CONFIG_FREERTOS_UNICORE
#define ARDUINO_RUNNING_CORE 0
#else
#define ARDUINO_RUNNING_CORE 1
#endif/*
FreeRTOS任务优先级：任务优先级数值越小，任务优先级越低。
一、 FreeRTOS 中任务的最高优先级是通过 FreeRTOSConfig.h 文件中的 configMAX_PRIORITIES 进行
配置的，用户实际可以使用的优先级范围是 0 到 configMAX_PRIORITIES – 1。比如我们配置此宏定
义为 5，那么用户可以使用的优先级号是 0,1,2,3,4，不包含 5。
二、用户配置任务的优先级数值越小，那么此任务的优先级越低，空闲任务的优先级是 0。
三、用户配置宏定义 configMAX_PRIORITIES 的最大值不要超过 32，即用户任务可以使用的优先级
范围是0到31
*/
// define two tasks for Blink & AnalogRead
void TaskBlink( void *pvParameters );
void TaskAnalogReadA3( void *pvParameters );// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {// initialize serial communication at 115200 bits per second:USBSerial.begin(115200); // Now set up two tasks to run independently.xTaskCreatePinnedToCore(TaskBlink,  "TaskBlink"   // A name just for humans,  1024  // This stack size can be checked & adjusted by reading the Stack Highwater,  NULL,  2  // Priority, with 3 (configMAX_PRIORITIES - 1) being the highest, and 0 being the lowest.,  NULL ,  ARDUINO_RUNNING_CORE);xTaskCreatePinnedToCore(TaskAnalogReadA3,  "AnalogReadA3",  1024  // Stack size,  NULL,  1  // Priority,  NULL ,  ARDUINO_RUNNING_CORE);// Now the task scheduler, which takes over control of scheduling individual tasks, is automatically started.
}void loop()
{// Empty. Things are done in Tasks.
}/*--------------------------------------------------*/
/*---------------------- Tasks ---------------------*/
/*--------------------------------------------------*/void TaskBlink(void *pvParameters)  // This is a task.
{(void) pvParameters;/*BlinkTurns on an LED on for one second, then off for one second, repeatedly.If you want to know what pin the on-board LED is connected to on your ESP32 model, checkthe Technical Specs of your board.
*/// initialize digital LED_BUILTIN on pin 13 as an output.pinMode(45, OUTPUT);for (;;) // A Task shall never return or exit.{digitalWrite(45, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)vTaskDelay(100);  // one tick delay (15ms) in between reads for stabilitydigitalWrite(45, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOWvTaskDelay(100);  // one tick delay (15ms) in between reads for stability}
}void TaskAnalogReadA3(void *pvParameters)  // This is a task.
{(void) pvParameters;/*AnalogReadSerialReads an analog input on pin A3, prints the result to the serial monitor.Graphical representation is available using serial plotter (Tools > Serial Plotter menu)Attach the center pin of a potentiometer to pin A3, and the outside pins to +5V and ground.This example code is in the public domain.
*/for (;;){// read the input on analog pin A3:int sensorValueA3 = analogRead(A3);// print out the value you read:USBSerial.print("A3->");USBSerial.println(sensorValueA3);vTaskDelay(100);  // one tick delay (15ms) in between reads for stability}
}

 

基于多核并行任务创建

/*
//  多线程基于FreeRTOS，可以多个任务并行处理；
//  ESP32具有两个32位Tensilica Xtensa LX6微处理器；
//  实际上我们用Arduino进行编程时只使用到了第一个核（大核），第0核并没有使用
//  多线程可以指定在那个核运行；*/#include <Arduino.h>
#define USE_MULTCORE 1void xTaskOne(void *xTask1)
{while (1){USBSerial.printf("Task1 \r\n");delay(500);}
}void xTaskTwo(void *xTask2)
{while (1){USBSerial.printf("Task2 \r\n");delay(1000);}
}void setup()
{USBSerial.begin(115200);delay(10);}void loop()
{#if !USE_MULTCORExTaskCreate(xTaskOne,  /* Task function. */"TaskOne", /* String with name of task. */4096,      /* Stack size in bytes. */NULL,      /* Parameter passed as input of the task */1,         /* Priority of the task.(configMAX_PRIORITIES - 1 being the highest, and 0 being the lowest.) */NULL);     /* Task handle. */xTaskCreate(xTaskTwo,  /* Task function. */"TaskTwo", /* String with name of task. */4096,      /* Stack size in bytes. */NULL,      /* Parameter passed as input of the task */2,         /* Priority of the task.(configMAX_PRIORITIES - 1 being the highest, and 0 being the lowest.) */NULL);     /* Task handle. */#else//最后一个参数至关重要，决定这个任务创建在哪个核上.PRO_CPU 为 0, APP_CPU 为 1,或者 tskNO_AFFINITY 允许任务在两者上运行.xTaskCreatePinnedToCore(xTaskOne, "TaskOne", 4096, NULL, 1, NULL, 0);xTaskCreatePinnedToCore(xTaskTwo, "TaskTwo", 4096, NULL, 2, NULL, 1);#endifwhile (1){Serial.printf("XTask is running\r\n");delay(1000);}
}