FreeRTOS 任务通知实战——Direct Task Notification

/* 程序： Direct Task Notification 要点： 一个任务可以有多个notification 每个notification包含4个字节的value 和 1个字节的stats stats用来记录当前的notification有没有被处理 pending or not pending 我们不能对stats进行直接的读写操作，是系统自动的 我们只能对notification value 进行操作 本程序演示了对notification的读，写 和 等待。 公众号：孤独的二进制 */// 声明任务句柄，用于引用两个任务staticTaskHandle_t xTaskWait=NULL;// 等待通知的任务句柄staticTaskHandle_t xTaskGive=NULL;// 发送通知的任务句柄// 定义一个掩码：低3位全为1（即二进制 0b111）#defineLOWTHREEBITS(1UL<<0UL)|(1UL<<1UL)|(1UL<<2UL)// 任务函数：等待通知并读取通知值voidtaskWait(void*pvParam){uint32_tulNotificationValue;// 用于存放本任务收到的32位通知值BaseType_t xResult;// 保存API返回结果while(1){// vTaskDelay(1000); // (可选) 延时1秒，此处被注释不使用// 等待通知，参数说明：// 0x00 : 进入等待前不清除通知值中的任何位// 0x00 : 成功收到通知后也不清除任何位（保留原值）// &ulNotificationValue : 返回清除前的通知值// portMAX_DELAY : 无限等待直到收到通知xResult=xTaskNotifyWait(0x00,// 运行前不清除任何位0x00,// 运行后不清除任何位&ulNotificationValue,// 获取通知值portMAX_DELAY);// 一直等待if(xResult==pdTRUE){// 如果成功收到通知Serial.println(ulNotificationValue);// 打印通知值（十进制）}else{// 超时（本例不会发生，因为无限等待）Serial.println("Timeout");}}}// 任务函数：读取按键，向等待任务发送通知voidtaskGive(void*pvParam){pinMode(23,INPUT_PULLUP);// 设置GPIO23为上拉输入模式，读取按键（低电平表示按下）BaseType_t xResult;// 保存通知发送结果while(1){if(digitalRead(23)==LOW){// 检测按键按下（低电平有效）// 向 xTaskWait 任务发送通知，采用 eIncrement 动作：使对方通知值加1（忽略第二个参数0）xResult=xTaskNotify(xTaskWait,0,eIncrement);// 以下为其他可选的通知方式（已注释），可自行替换测试：// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, 0, eNoAction ); // 不改变值，仅设置pending状态// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, ( 1UL << 4UL ), eSetBits ); // 设置第4位为1（与原有值做或运算）// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, 0, eIncrement ); // 值加1（同上方有效行）// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, LOWTHREEBITS, eSetValueWithOverwrite ); // 直接覆盖为低3位全1// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, 0b11111111, eSetValueWithOverwrite ); // 覆盖为0xFF// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, 0xFF, eSetValueWithOverwrite ); // 同上// xResult = xTaskNotify( xTaskWait, LOWTHREEBITS, eSetValueWithoutOverwrite );// 若无pending则覆盖，否则失败// 打印发送结果：pdPASS 表示成功，否则失败Serial.println(xResult==pdPASS?"成功\n":"失败\n");vTaskDelay(120);// 延时120ms，简单消抖，避免一次按下触发多次通知}}}// Arduino 初始化函数voidsetup(){Serial.begin(115200);// 初始化串口通信，波特率115200// 创建发送通知的任务 taskGive，栈大小 4096 字节，优先级 1xTaskCreate(taskGive,"",1024*4,NULL,1,&xTaskGive);// 创建等待通知的任务 taskWait，栈大小 4096 字节，优先级 1xTaskCreate(taskWait,"",1024*4,NULL,1,&xTaskWait);}// Arduino 主循环（空闲任务会运行，此处不做任何事）voidloop(){}

FreeRTOS 任务通知实战——Direct Task Notification

在嵌入式实时操作系统中，任务间的同步与通信是核心课题。FreeRTOS 提供了多种机制，如队列、信号量、事件组等，而任务通知（Task Notification）是一种更轻量、更高效的选择。每个任务都有一个 32 位的通知值（ulNotifiedValue）和一个通知状态（ucNotifyState），系统自动维护状态，我们只需读写这个 32 位的值。

本文将基于一段 Arduino + FreeRTOS 的示例代码，演示如何实现两个任务之间的通知：一个任务负责发送通知（taskGive），另一个任务负责等待并处理通知（taskWait）。

一、代码概览

示例代码创建了两个任务：

• taskGive：读取 GPIO 23（带内部上拉）的按键状态，按下时调用xTaskNotify()向taskWait发送通知。
• taskWait：调用xTaskNotifyWait()阻塞等待通知，收到后打印通知值（二进制格式）。

关键点：

• 每个任务有自己的 32 位通知值，初始为 0。
• 通知状态由系统管理（pending / not pending），我们无法直接读写。
• 通过xTaskNotify()修改接收任务的通知值，并触发其状态变为 pending。
• 通过xTaskNotifyWait()等待并消费通知，同时可清除指定的位。

二、核心 API 解析

1.xTaskNotify()—— 发送通知

BaseType_txTaskNotify(TaskHandle_t xTaskToNotify,uint32_tulValue,eNotifyAction eAction);

参数eAction决定如何修改接收任务的通知值，常用取值：

示例中演示了多种用法，例如：

// 通知值加1（类似计数信号量）xTaskNotify(xTaskWait,0,eIncrement);// 设置 bit3 为1（与原有值 OR）xTaskNotify(xTaskWait,(1UL<<4UL),eSetBits);// 覆盖为低3位全1xTaskNotify(xTaskWait,LOWTHREEBITS,eSetValueWithOverwrite);

2.xTaskNotifyWait()—— 等待通知

BaseType_txTaskNotifyWait(uint32_tulBitsToClearOnEntry,uint32_tulBitsToClearOnExit,uint32_t*pulNotificationValue,TickType_t xTicksToWait);

• ulBitsToClearOnEntry：在进入等待前，先清除通知值中的这些位（用于清零历史数据）。
• ulBitsToClearOnExit：成功收到通知后，再清除通知值中的这些位（通常设为ULONG_MAX表示全部清零，或设为0保留）。
• pulNotificationValue：输出参数，返回清除前的通知值（可设为NULL忽略）。
• xTicksToWait：阻塞超时时间。

示例中：

xResult=xTaskNotifyWait(0x00,// 进入时不主动清除任何位0x00,// 退出时也不清除，保持原值&ulNotificationValue,portMAX_DELAY);

注意：退出时不清零，意味着后续调用可能看到相同的值，实际应用中通常需要清除已读的位。

三、示例行为分析

1. 按键按下（GPIO 23 低电平）：

   • taskGive调用xTaskNotify(xTaskWait, 0, eIncrement)，使taskWait的通知值+1。
   • 如果taskWait正阻塞在xTaskNotifyWait()上，立即唤醒。
   • 打印 “成功”。

2. 等待任务：

   • 进入循环后立即调用xTaskNotifyWait()，由于初始通知值为 0，且没有 pending 通知，任务进入阻塞。
   • 收到通知后，将通知值（例如 1、2、3…）打印出来。
   • 注意：示例中退出时没有清除通知值，因此多次按同一键，值会不断累加（eIncrement），打印的值会依次为 1,2,3,…

3. 消抖：vTaskDelay(120)简单消除了按键抖动。

四、运行效果与注意事项

• 串口输出：每次按键会打印当前通知值（十进制，如需二进制可自行转换）。
• 如果尝试使用eSetValueWithoutOverwrite而通知尚未被读取，第二次通知会失败（返回pdFAIL）。
• 任务通知比二进制信号量更快、占用 RAM 更少，但一个任务只能被一个其他任务通知（通知值只有一份）。如需多对一通信，仍需使用队列或事件组。

五、总结

任务通知是 FreeRTOS 中轻量级的任务间同步利器，尤其适合以下场景：

• 单生产者单消费者的简单事件传递
• 计数型或二进制型信号量
• 位掩码事件组（利用eSetBits）

通过本文的示例，你可以快速上手xTaskNotify()和xTaskNotifyWait()，并根据不同的eNotifyAction实现灵活的数值操作。当然，也要留意通知的覆盖、pending 状态等细节，避免数据丢失。