FreeRTOS系列技术文章：上下文切换

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

嵌入式实时操作系统（RTOS）中的上下文切换是指保存和恢复任务的状态，以使调度程序能够切换到另一个任务，从而促进多任务处理。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目的：

通过在任务之间高效切换来启动多任务处理，提供并发执行。

 

任务状态组件：

程序计数器（PC）、寄存器、堆栈指针（SP）、状态寄存器/标志。

 

上下文切换中的步骤：

 保存当前任务状态

 更新任务控制块（TCB）

 选择下一个任务

 恢复下一个任务的状态

 

上下文切换的开销：

 时间和资源的开销

 RTOS旨在最大限度地减少实时响应的开销

 

抢占：

 抢占允许中断更高优先级任务的任务

 自愿或非自愿的抢占

 

频率和影响：

 频繁使用多任务系统

 影响取决于RTOS和调度器的效率

 

实时性的考虑：

 满足截止日期的确定性时间

 解决优先级反转

 

示例场景：

传感器读取任务切换出去，以允许嵌入式系统中的数据处理任务。

 

ISR中的上下文切换：

上下文开关可能发生在ISR中，需要特殊处理以保持系统的稳定。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FreeRTOS示例（STM32）：

// LED切换的任务功能
void vLEDTask(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // Toggle LED state
        // Example: Toggle STM32 LED connected to GPIO_PIN_13
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_13);


        // Delay for 500 ms
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}


// Task function for UART communication
void vUARTTask(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // Implement UART communication task


        // Delay for 1000 ms
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}
int main(void) {
    // STM32 HAL initialization


    // Create an LED task
    xTaskCreate(vLEDTask, "LED Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);


    // Create a UART task
    xTaskCreate(vUARTTask, "UART Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);


    // Start FreeRTOS scheduler
    vTaskStartScheduler();


    // Should not reach here
    while (1) {
    }
}

这个例子演示了一个简单的基于FreeRTOS的STM32项目，有两个任务：一个是切换LED，另一个是处理UART通信。这些任务通过上下文切换同时运行，展示了嵌入式系统中多任务处理的基础知识。任务的实际实施取决于具体的应用要求。