FreeRTOS【4】线程挂起和恢复

1.开发背景

       基于上一篇指引，成功创建并启动线程后，线程已经开始运行了，但是有时我们需要线程暂停运行，例如某个线程是控制 LED 闪灯的，如果现在需要让 LED 停止工作，单纯的关闭 LED 是没用的，因为下一时刻线程可能就会重新打开 LED 导致程序没有达到预期，所以线程引入了一个挂起的状态，如下图，FreeRTOS 引入了线程的多个状态。

        其中包含 Running、Ready、Suspended、Blocked 等状态。

Running：即运行态，是成功获取了 CPU 使用权的线程。

Ready：即准备态，单核 CPU 在同一时刻只能做一件事情，所以如果当前有其他线程获取了 CPU 的使用权（一般是高优先级线程），这个时候等待运行的线程就是准备态。

Suspended：即挂起态，正如上文说到的，如果我们想让某个线程暂时停止工作，就可以挂起对应线程，被挂起的线程就是挂起态。

Blocked：即阻塞态，因为线程存在高低优先级，如果高优先级线程一直运行会导致低优先级线程一直抢占不到 CPU 的使用权，如果使用挂起的方式去挂起高优先级线程，那么高优先级线程的实时性就会大打折扣，所以就引入了阻塞的概念，高优先级线程可以一直阻塞在某个事件，在阻塞期间会让出 CPU 的使用权，但是一旦高优先级线程满足指定事件就会立刻抢占低优先级线程的 CPU 使用权，这样就保证了高优先级线程的实时性。

        上述纯粹个人理解，如有误请见谅，可以参考链接：FreeRTOS task states and state transitions described

2.开发需求

        挂起、恢复和删除已有线程

3.开发环境

        window10 + MDK + STM32F429 + FreeRTOS10.3.1

4.实现步骤

4.1 线程挂起其他线程

1）创建控制线程和 2 个测试线程

/* 测试初始化 */
void aTest_Init(void)
{
    /* 创建动态任务 */
    xTaskCreate(TaskCtrl, "TaskCtrl", 500, NULL, 5, &p->taskCtrl);
    
    /* 共用一个任务函数 创建多个任务 */
    static char whichTask[TASK_LIST_SIZE][3] = {0};
    for (int i = 0; i < TASK_LIST_SIZE; i++)
    {
        snprintf(whichTask[i], 2, "%d", i);
        xTaskCreate(TaskList, "TaskList", 500, (void*)whichTask[i], 5, &p->taskList[i]);
    }
}

2）测试线程循环打印

/* 动态任务组 */
static void TaskList(void *pvParameters)
{
    int count = 0;
    int whichTask = atoi(pvParameters);
    Log_Debug("%s [%d]\r\n", __func__, whichTask);
    for ( ; ; )
    {
        vTaskDelay(1000);
        Log_Debug("%s [%d] count = %d\r\n", __func__, whichTask, count++);
    }
}

3）控制线程间断挂起和恢复，使用 vTaskSuspend 挂起线程，vTaskResume 恢复线程。

/* 动态任务 */
static void TaskCtrl(void *pvParameters)
{
    Log_Debug("%s\r\n", __func__);
    
    /* 挂起线程 0 */
    vTaskDelay(3000);
    vTaskSuspend(p->taskList[0]);
    
    vTaskDelay(3000);
    vTaskResume(p->taskList[0]);
    
    for ( ; ; )
    {
        
        vTaskDelay(1000);
    }
}

4）测试结果

如图所示，可以看出线程0 中间有 3 个周期是停止工作的。

4.2 线程挂起线程本身

1）基于上面试验的基础上，修改测试线程为打印日志后挂起自身，这里做这个试验是为了验证 vTaskSuspend 如果传入参数为 NULL，即指向线程本身。

/* 动态任务组 */
static void TaskList(void *pvParameters)
{
    int count = 0;
    int whichTask = atoi(pvParameters);
    Log_Debug("%s [%d]\r\n", __func__, whichTask);
    for ( ; ; )
    {
        vTaskDelay(1000);
        Log_Debug("%s [%d] count = %d\r\n", __func__, whichTask, count++);
        vTaskSuspend(NULL);
    }
}

2）控制线程只需定期恢复线程即可

/* 动态任务 */
static void TaskCtrl(void *pvParameters)
{
    Log_Debug("%s\r\n", __func__);
    
    /* 挂起线程 0 */
    vTaskDelay(3000);
    vTaskResume(p->taskList[0]);
    
    for ( ; ; )
    {
        
        vTaskDelay(1000);
    }
}

3）测试结果

如图所示，测试线程执行了一次就挂起了本身，控制线程间隔 3s 之后唤醒了一次测试线程0

4）源码解析

vTaskSuspend

        -> prvGetTCBFromHandle

/*
 * Several functions take an TaskHandle_t parameter that can optionally be NULL,
 * where NULL is used to indicate that the handle of the currently executing
 * task should be used in place of the parameter.  This macro simply checks to
 * see if the parameter is NULL and returns a pointer to the appropriate TCB.
 */
#define prvGetTCBFromHandle( pxHandle ) ( ( ( pxHandle ) == NULL ) ? pxCurrentTCB : ( pxHandle ) )

如源码所示，如果传入指针为空，即获取当前控制块 pxCurrentTCB

4.3 中断中恢复线程

1）基于上面的实验使用中断来代替控制线程来恢复已挂起的测试线程

/* Key2 PC13   Key0 PH3 Key1 PH2 */
void Exti13_TriggerInterrupt(void)
{
    if (mspGpio_GetInput("PC13") == 0)
    {
        Log_Debug("%s 按键执行测试线程0 恢复\r\n", __func__);
        
        BaseType_t xYieldRequired;
        xYieldRequired = xTaskResumeFromISR(p->taskList[0]);
        portYIELD_FROM_ISR(xYieldRequired);
        
        mspExti_Close(13);
    }
}

在中断中使用 FreeRTOS 接口需要带 FromISR 后缀的，如 xTaskResumeFromISR，需要portYIELD_FROM_ISR 切换上下文，否则实时性会收到一定的影响，为了调试和演示方便在中断中打印了数据，在实际项目中切记不要在中断中停留，特别是打印等高延时操作。

2）测试结果

如图所示，在中断中恢复已经挂起的线程也是可以的。

4.4 线程删除

1）线程删除后会释放内存，由于现在的线程都是在系统堆栈动态开辟的，所以线程删除后内存会回归系统内存堆栈。

/* 动态任务 */
static void TaskCtrl(void *pvParameters)
{
    Log_Debug("%s\r\n", __func__);
    
    /* 挂起线程 0 */
    vTaskDelay(3000);
    
    Log_Info("FreeRTOS Remain Space = %d Bytes\r\n", xPortGetFreeHeapSize());
    
    vTaskDelete(p->taskList[0]);
    Log_Info("Delete Task0 And FreeRTOS Remain Space = %d Bytes\r\n", xPortGetFreeHeapSize());
    
    vTaskDelete(p->taskList[1]);
    Log_Info("Delete Task1 And FreeRTOS Remain Space = %d Bytes\r\n", xPortGetFreeHeapSize());
    
    for ( ; ; )
    {
        vTaskDelay(1000);
//        Log_Debug("%s\r\n", __func__);
    }
}

2）测试结果

如图所示，删除2个任务后，系统内存由 49472Bytes -> 51584Bytes -> 53696Bytes