FreeRTOS如何减少RAM占用空间并加快执行速度

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作者：strongerHuang

微信公众号：strongerHuang

之前分享了《FreeRTOS V10.4.0更新了哪些功能？》，今天就来详细讲述其中的一个知识点：FreeRTOS的直接任务（消息）通知，这样做的目的就是减少RAM占用空间并加快执行速度。

一、写在前面

几乎所有RTOS操作系统都提供了队列和信号量的功能，对于大部分新手来说，使用队列和信号量是必备技能。

但是，在大多数情况下，他们都是使用“中介对象”进行通信，而并非“直接任务消息”通信。

通过“中介对象”进行通信，每一组队列或信号量都会分配一段内存（消息缓冲区和流缓冲区）。就存在一个问题，如果队列或信号量比较多，势必造成更大的内存开支。

但是，如果通过本文说的“直接消息”通信，会节约很多内存。

二、什么是直接任务通知？

大多数任务间通信方法都通过中介对象，例如队列，信号量或事件组。发送任务写入通信对象，接收任务从通信对象读取。

比如FreeRTOS的队列通信，首先创建队列之前要定义一个队列：

QueueHandle_t  xQueue；

xQueue = xQueueCreate(10,  sizeof( /* 长度 */ ) );

而这个队列包含了很多中介对象：

大家可以算一下这个“中介对象”会占用多少RAM空间？

通过一个代码示意图理解中介对象通信：

直接任务通知：

当使用直接任务通知时，顾名思义，发送任务将通知直接发送给接收任务，而无需中介对象。

通过一个代码示意图理解：

从FreeRTOS V10.4.0开始，每个任务都有一系列通知。每个通知都包含一个32位值和一个布尔状态，它们一起仅消耗5个字节的RAM。

就像任务可以阻止二进制信号量等待该信号量变为“可用”一样，任务可以阻止通知以等待该通知的状态变为“待处理”。同样，就像任务可以阻止计数信号量以等待该信号量的计数变为非零一样，任务可以阻止通知以等待该通知的值变为非零。下面的第一个示例演示了这种情况。

通知不仅可以传达事件，还可以通过多种方式传达数据。

三、进一步分析直接任务通知

通过对比FreeRTOS V10.4.0和之前版本，你会发现V10.4.0多了一些API，比如ulTaskNotifyTake / ulTaskNotifyTakeIndexed：

在官网也有针对这些API的详细介绍和说明，以及应用代码例子：

直接任务通信API说明地址：

https://www.freertos.org/RTOS-task-notification-API.html

（公号不支持外链接，请复制链接到浏览器打开）

四、使用直接任务通知性能优势和使用限制

任务通知的灵活性使它们可以在需要创建单独的队列、 二进制信号量、 数信号量或事件组的情况下使用。

与使用中介对象（例如信号量）来取消阻止任务相比，使用直接通知取消阻止RTOS任务的速度快了45％（来自官方数据），并且使用的RAM更少。

当然，有这些性能优势，也肯定一些限制：

• 仅当只有一个任务可以作为事件的接收者时，才可以使用RTOS任务通知。但是，在大多数实际使用情况下都可以满足此条件，例如中断使执行任务处理的任务中断时，该任务将处理该中断接收的数据。

• 仅在使用RTOS任务通知代替队列的情况下：接收任务可以在“阻塞”状态下等待通知（因此不占用任何CPU时间），而发送任务不能在“阻塞”状态下等待消息。如果发送无法立即完成，则发送完成。

五、使用方法

使用方法其实很简单，只要你会使用RTOS的队列、信号量，基本看一眼官方例子就能使用。

我这里也拿官方例子说明一下：

/* main() 创建的两个任务的原型 */
static void prvTask1( void *pvParameters );
static void prvTask2( void *pvParameters );

/* 处理由main() 创建的任务的句柄 */
static TaskHandle_t xTask1 = NULL, xTask2 = NULL;

/* 创建两个任务，来回发送通知，然后启动RTOS调度程序 */
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( ;; )
    {
        /* 发送通知到prvTask2() ，使其脱离“已阻止”状态。*/
        xTaskNotifyGiveIndexed( xTask2, 0 );

        /* 阻止等待prvTask2() 通知此任务 */
        ulTaskNotifyTakeIndexed( 0, pdTRUE, portMAX_DELAY );
    }
}
/*———————————————————–*/

/* prvTask2()使用API的原始版本（不带“索引”） */
static void prvTask2( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /* 等待prvTask1()通知此任务 */
        ulTaskNotifyTake( pdTRUE, portMAX_DELAY );

        /* 向prvTask1（）发送通知，使它退出“已阻止”状态 */
        xTaskNotifyGive( xTask1 );
    }
}

本文就介绍到这里，更多内容请参看官方文档：

https://www.freertos.org/2020/09/decrease-ram-footprint-and-accelerate-execution-with-freertos-notifications.html

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