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FreeRTOS中相對延時和絕對延時的區(qū)別

2020/12/04
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閱讀需 6 分鐘
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嵌入式軟件代碼中延時是很常見的,只是延時種類有很多,看你用什么延時。

一個延時的問題問題:周期性(固定一個時間)去處理某一件事情。你會通過什么方式去實現?

比如:間隔 10ms 去采集傳感器的數據,然后通過一種算法計算出一個結果,最后通過串口發(fā)送出去。

可能對于很多習慣裸機編程的讀者,首先想到的是:利用定時器,定時 10ms 中斷,在中斷里面處理。

中斷函數適合處理簡單數據,不適合算法、通信等需要長時間占用 CPU 的處理。

對計時精度要求比較高的地方適合定時器,像本章節(jié)說的周期性采集傳感器數據,要求不適合很高,那么就引入本文說的絕對延時。

實時操作系統(tǒng) FreeRTOS 任務中,利用 vTaskDelayUntil 絕對延時即可完美解決這個問題。

相對延時和絕對延時的含義

本文拿 FreeRTOS 中相對延時函數 vTaskDelay,絕對延時函數 vTaskDelayUntil 來說明。

相對延時:指每次延時都是從執(zhí)行函數 vTaskDelay()開始,直到延時指定的時間(參數:滴答值)結束。

絕對延時:指每隔指定的時間(參數:滴答值),執(zhí)行一次調用 vTaskDelayUntil()函數的任務。
文字描述可能不夠直觀理解,下面章節(jié)結合代碼例子、延時值(IO 高低變化波形)、任務執(zhí)行圖來詳細講述一下他們的區(qū)別。

相對延時和絕對延時區(qū)別

以實際代碼為例說明:一個任務中,添加一個 10ms 系統(tǒng)延時,然后,在執(zhí)行任務(耗時 1ms 左右,例子以延時代替)。

相對延時代碼:

絕對延時代碼:

說明:1.TestDelay 這個延時函數僅僅用于測試(延時 1ms),用于代替采集、算法、發(fā)送等耗時時間。

2. 兩個代碼唯一區(qū)別在于系統(tǒng)延時不同,一個 vTaskDelay(10);,一個 vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 10);

3. 系統(tǒng)時鐘頻率為 1000,也就是上面系統(tǒng)延時 10 個滴答,即 10ms。

看到代碼,你想到了他們輸出結果的差異嗎?來看下結果的差異:用 PA0 這個引腳輸出的高低電平,得出延時時間。

相對延時結果:

絕對延時結果:

結果為:相對延時的周期為系統(tǒng)延時 10ms + 執(zhí)行任務 1ms 的時間,總共 11ms 時間。絕對延時的周期即為 10ms 時間 .

換一種方式看區(qū)別如果上面的區(qū)別還沒明白,再來講一個更容易理解的區(qū)別,通過文字 + 任務執(zhí)行圖來說明。

1. 相對延時先看任務執(zhí)行圖,按照上面代碼的方式呈現:

這里會牽涉到操作系統(tǒng)任務切換、高優(yōu)先級任務搶占等一些原理,若不了解,請轉移直到了解再回來。

上電,TEST 任務進入延時(阻塞)狀態(tài),此時系統(tǒng)執(zhí)行其他就緒任務。FreeRTOS 內核會周期性的檢查 TEST 任務的阻塞是否達到,如果阻塞時間達到,則將 TEST 任務設置為就緒狀態(tài),如果就緒任務中 TEST 任務的優(yōu)先級最高,則會搶占 CPU,再次執(zhí)行任務主體代碼,不斷循環(huán)。

TEST 任務每次系統(tǒng)延時都是從調用延時函數 vTaskDelay()開始算起的,所以叫相對延時。

從上圖可以看出:如果執(zhí)行 TEST 任務的過程中發(fā)生中斷,或者具有更高優(yōu)先級的任務搶占了,那么 TEST 任務執(zhí)行的周期就會變長,所以使用相對延時函數 vTaskDelay(),不能周期性的執(zhí)行 TEST 任務。

2. 絕對延時

代碼中定義的變量 xLastWakeTime,其實是用來保存上一次的系統(tǒng)計數器值(方便檢測下一個延時時間是否到來)。

和上面相對延時程序執(zhí)行圖比較,可以看出,系統(tǒng)延時的時間包含了程序執(zhí)行的時間。即時中途有中斷,或更高優(yōu)先級任務打斷,不會影響下一次執(zhí)行的時間(也就是這個周期不會變,當然,打斷時間不能超過系統(tǒng)延時值)。

提示:圖片中添加了一段話:一般來說,程序執(zhí)行時間要小于總間隔時間(10ms)。

如果打斷時間太長,回來之后延時都超過了,則會立馬執(zhí)行程序,不會再延時(任務不會再阻塞延時)。

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作者黃工,從事嵌入式軟件開發(fā)工作8年有余,高級嵌入式軟件工程師,業(yè)余維護公眾號『strongerHuang』,分享嵌入式軟硬件、單片機、物聯網等內容。