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FreeRTOS 手动移植教程（二）：任务管理——多任务创建、优先级抢占与删除

news 2026/6/4 3:11:19

上一篇我们成功搭建了标准库与 FreeRTOS 的工程，并运行了一个 LED 闪烁任务。本篇文章将在此基础上创建多个任务，直观感受优先级抢占与时间片轮转，并掌握任务删除及参数传递的方法。所有代码均基于上一篇文章的工程，可直接添加运行。

一、实验目标与硬件准备

1.1 实验现象

创建三个不同优先级的任务，控制三个 LED 以不同频率闪烁；
高优先级任务就绪时可立即抢占低优先级任务；
同优先级任务之间自动轮流执行；
某个任务运行一定次数后自行删除。

1.2 硬件连接

本文需要三个 LED，如仅有一块最小系统板，可按以下方式外接：

LED1：PA0 —— 串联 220Ω 限流电阻，低电平点亮
LED2：PA1 —— 串联 220Ω 限流电阻，低电平点亮
LED3：PC13 —— 使用板载 LED，同样为低电平点亮

若你的 LED 是高电平点亮，只需在初始化时反向设置电平极性即可。

二、扩展板级驱动：支持多 LED

在上一篇bsp_led.c的基础上扩展，提供多个 LED 的初始化与翻转函数。

bsp_led.h

#ifndefBSP_LED_H#defineBSP_LED_H#include"stm32f10x.h"voidLED_InitAll(void);voidLED1_Toggle(void);voidLED2_Toggle(void);voidLED3_Toggle(void);#endif

bsp_led.c

#include"bsp_led.h"voidLED_InitAll(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/* 使能 GPIOA 和 GPIOC 时钟 */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);/* PA0 - LED1 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);// 输出高电平，LED 熄灭/* PA1 - LED2 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);/* PC13 - LED3 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13;GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);}voidLED1_Toggle(void){GPIOA->ODR^=GPIO_Pin_0;}voidLED2_Toggle(void){GPIOA->ODR^=GPIO_Pin_1;}voidLED3_Toggle(void){GPIOC->ODR^=GPIO_Pin_13;}

三、创建多任务，观察优先级抢占

3.1 任务代码

在main.c中创建三个任务，优先级分别设为 1、2、3（数字越大优先级越高），每个任务控制一个 LED。

#include"stm32f10x.h"#include"FreeRTOS.h"#include"task.h"#include"bsp_led.h"TaskHandle_t Task1_Handle=NULL;TaskHandle_t Task2_Handle=NULL;TaskHandle_t Task3_Handle=NULL;/* LED1 闪烁任务 —— 优先级 1（最低） */voidvTask1(void*pvParameters){while(1){LED1_Toggle();vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));// 周期约 400ms}}/* LED2 闪烁任务 —— 优先级 2 */voidvTask2(void*pvParameters){while(1){LED2_Toggle();vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));// 周期约 1s}}/* LED3 闪烁任务 —— 优先级 3（最高） */voidvTask3(void*pvParameters){while(1){LED3_Toggle();vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));// 周期约 2s}}intmain(void){LED_InitAll();xTaskCreate(vTask1,"Task1",128,NULL,1,&Task1_Handle);xTaskCreate(vTask2,"Task2",128,NULL,2,&Task2_Handle);xTaskCreate(vTask3,"Task3",128,NULL,3,&Task3_Handle);vTaskStartScheduler();while(1);}

3.2 实验现象与原理

下载运行后，观察三个 LED：

LED3（最高优先级）：稳定以 2s 周期闪烁，几乎不受干扰；
LED2（中等优先级）：以 1s 周期闪烁，但偶尔会有微小的停顿（被高优先级任务抢占）；
LED1（最低优先级）：闪烁频率明显低于预期（可能会很慢），因为 CPU 大部分时间被高优先级任务占用，它只能在所有高优先级任务都阻塞时才获得执行权。

原理分析：
当configUSE_PREEMPTION = 1时，内核会在每个系统节拍中断中检查是否有更高优先级任务就绪。一旦高优先级任务延时结束，立即剥夺当前任务的 CPU，通过 PendSV 切换到高优先级任务。这就解释了为何低优先级任务的实际执行频率会变慢。

注意事项：
如果高优先级任务一直在死循环且从不阻塞（例如没有vTaskDelay），那么低优先级任务将永远得不到执行（任务饥饿）。因此在实时系统中，高优先级任务必须适时“让出” CPU。

四、同优先级任务与时间片轮转

4.1 创建两个同优先级任务

将任务 1 和任务 2 都改为优先级 1，并删除任务 3。

xTaskCreate(vTask1,"Task1",128,NULL,1,&Task1_Handle);xTaskCreate(vTask2,"Task2",128,NULL,1,&Task2_Handle);

两个任务优先级相同，当它们同时就绪时，FreeRTOS 默认会采用时间片轮转（Time Slicing），每个任务轮流运行一个系统节拍（默认为 1ms）。

4.2 实验验证

两个 LED 仍会按照各自vTaskDelay设置的频率闪烁，互不影响。这是因为它们在各自延时期间都处于阻塞态，不会浪费 CPU。
但如果将两个任务的延时都去掉，改成纯死循环：

voidvTask1(void*pvParameters){while(1)LED1_Toggle();}voidvTask2(void*pvParameters){while(1)LED2_Toggle();}

此时两个任务永远不阻塞，且优先级相同。在系统节拍中断中，内核会轮流切换它们，两个 LED 将以大约 1ms 的间隔交替翻转，用示波器可以观察到非常规律的方波。

时间片轮转仅在configUSE_PREEMPTION = 1且configUSE_TIME_SLICING = 1（默认开启）时，对同优先级且都就绪的任务生效。

五、任务的删除

5.1 删除自身

调用vTaskDelete(NULL);可以删除当前运行的任务，其占用的堆栈和 TCB 资源会被自动回收。

示例：任务运行 5 次后自我删除。

voidvTask_SelfDelete(void*pvParameters){intcount=0;while(1){LED1_Toggle();vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));count++;if(count>=5){vTaskDelete(NULL);// 删除自己，任务在此处结束}}}

5.2 删除其他任务

通过任务句柄，一个任务可以删除另一个任务。例如在任务 A 中删除任务 B：

TaskHandle_t TaskB_Handle=NULL;voidvTaskA(void*pvParameters){vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));if(TaskB_Handle!=NULL){vTaskDelete(TaskB_Handle);// 删除任务 BTaskB_Handle=NULL;}// ...}

被删除任务的堆栈和 TCB 内存会立即释放（若使用heap_4.c或heap_2.c等支持释放的策略），句柄也应设置为 NULL 以防止悬空指针。

六、任务参数传递

xTaskCreate的pvParameters参数可以传递任意类型指针，使同一个任务函数处理不同的硬件或数据。

6.1 传递整数 ID

直接使用整数 ID 来区分不同的 LED（将 int 强制转换为 void* 传递）：

voidvLED_Task(void*pvParameters){intled_id=(int)pvParameters;// 取出 IDwhile(1){switch(led_id){case0:LED1_Toggle();break;case1:LED2_Toggle();break;case2:LED3_Toggle();break;}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}}intmain(void){LED_InitAll();xTaskCreate(vLED_Task,"LED0",128,(void*)0,1,NULL);xTaskCreate(vLED_Task,"LED1",128,(void*)1,2,NULL);xTaskCreate(vLED_Task,"LED2",128,(void*)2,3,NULL);vTaskStartScheduler();while(1);}

虽然直接将整数强制转换为指针是一种常见技巧，但请注意它依赖于 CPU 架构。在 32 位 Cortex-M 上指针与 int 宽度相同，此用法安全有效。

6.2 传递字符串

voidvPrintTask(void*pvParameters){char*msg=(char*)pvParameters;while(1){// 例如通过串口打印 msgvTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}}// 创建时：xTaskCreate(vPrintTask, "Print", 256, "Hello RTOS", 1, NULL);