FreeRTOS(任务通知)

一、什么是任务通知？

FreeRTOS 从版本 V8.2.0 开始提供任务通知这个功能，每个任务都有一个 32 位的通知值。按照 FreeRTOS 官方的说法，使用消息通知比通过二进制信号量方式解除阻塞任务快 45%， 并且更加 省内存（无需创建队列）。 在大多数情况下，任务通知可以替代二值信号量、计数信号量、事件标志组，可以替代长度为 1 的队列（可以保存一个 32 位整数或指针值），并且任务通知速度更快、使用的RAM更少！

任务通知值的更新方式

FreeRTOS 提供以下几种方式发送通知给任务 ：

• 发送消息给任务，如果有通知未读， 不覆盖通知值
• 发送消息给任务，直接覆盖通知值
• 发送消息给任务，设置通知值的一个或者多个位
• 发送消息给任务，递增通知值

通过对以上方式的合理使用，可以在一定场合下替代原本的队列、信号量、事件标志组等。

二、任务通知的优势和劣势

任务通知的优势

1. 使用任务通知向任务发送事件或数据，比使用队列、事件标志组或信号量快得多。

2. 使用其他方法时都要先创建对应的结构体，使用任务通知时无需额外创建结构体。

任务通知的劣势

1. 只有任务可以等待通知，中断服务函数中不可以，因为中断没有 TCB 。

2. 通知只能一对一，因为通知必须指定任务。

3. 等待通知的任务可以被阻塞， 但是发送消息的任务，任何情况下都不会被阻塞等待。

4. 任务通知是通过更新任务通知值来发送数据的，任务结构体中只有一个任务通知值，只能保 持一个数据。

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三、任务通知相关 API 函数

1.发送通知

 发送通知，带有通知值

BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction );

参数：

• xTaskToNotify：需要接收通知的任务句柄；
• ulValue：用于更新接收任务通知值， 具体如何更新由形参 eAction 决定；
• eAction：一个枚举，代表如何使用任务通知的值；

返回值： 如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回 pdFALSE， 而其他情况均返回pdPASS。 

发送通知，带有通知值

BaseType_t xTaskNotifyAndQuery( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, uint32_t *pulPreviousNotifyValue );

参数：

• xTaskToNotify：需要接收通知的任务句柄；
• ulValue：用于更新接收任务通知值， 具体如何更新 由形参 eAction 决定；
• eAction：一个枚举，代表如何使用任务通知的值；
• pulPreviousNotifyValue：对象任务的上一个任务通知值，如果为 NULL， 则不需要回传， 这个时 候就等价于函数 xTaskNotify()。

返回值： 如果被通知任务还没取走上一个通知，又接收了一个通知，则这次通知值未能更新并返回 pdFALSE， 而其他情况均返回pdPASS。

发送通知，不带有通知值

BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );

参数： xTaskToNotify：接收通知的任务句柄， 并让其自身的任务通知值加 1。

 返回值： 总是返回 pdPASS。

2. 等待通知

等待通知API函数只能用在任务，不可应用于中断中！

 uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit, TickType_t xTicksToWait );

参数：

• xClearCountOnExit：指定在成功接收通知后，将通知值清零或减 1，pdTRUE：把通知值清零（二 值信号量）；pdFALSE：把通知值减一（计数型信号量）；
• xTicksToWait：阻塞等待任务通知值 的最大时间；
• 返回值： 0：接收失败 非0：接收成功，返回任务通知的通知值

BaseType_t xTaskNotifyWait( uint32_t ulBitsToClearOnEntry, uint32_t ulBitsToClearOnExit, uint32_t *pulNotificationValue, TickType_t xTicksToWait );

• ulBitsToClearOnEntry：函数执行前清零任务通知值那些位 。
• ulBitsToClearOnExit：表示在函数退 出前，清零任务通知值那些位，在清 0 前，接收到的任务通知值会先被保存到形参 *pulNotificationValue 中。
• pulNotificationValue：用于保存接收到的任务通知值。 如果 不需要使 用，则设置为 NULL 即可 。
• xTicksToWait：等待消息通知的最大等待时间

四、实验

1. 模拟二值信号量（按下按键1发送任务通知，按下任务二接收任务通知）

代码实现

void StartTaskSend(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskSend */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
				
				xTaskNotifyGive(TaskReceiveHandle);//发送任务通知，没有通知值
				printf("任务通知：模拟二值信号量发送成功！\r\n");
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		osDelay(10);
  }
  /* USER CODE END StartTaskSend */
}

/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskReceive */
/**
* @brief Function implementing the TaskReceive thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskReceive */
void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskReceive */
	uint32_t rev = 0;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
				
				rev = ulTaskNotifyTake(pdTRUE,portMAX_DELAY);//获取任务通知值，并清空通知值
				if(rev != 0)
				printf("任务通知：模拟二值信号量接收成功！\r\n");
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		osDelay(10);
  }
  /* USER CODE END StartTaskReceive */
}

 2. 模拟计数型信号量（按下按键1发送任务通知，按下任务二接收任务通知）

这里和模拟二值信号量基本一样，只需要将ulTaskNotifyTake函数的参数修改为pdFALSE即可

pdTRUE：把通知值清零（二 值信号量）；pdFALSE：把通知值减一（计数型信号量）；

void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskReceive */
	uint32_t rev = 0;
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
				
				rev = ulTaskNotifyTake(pdFALSE,portMAX_DELAY);
				if(rev != 0)
				printf("任务通知：模拟计数信号量接收成功！ rev = %d\r\n",rev);
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		osDelay(10);
  }
  /* USER CODE END StartTaskReceive */
}

 3. 模拟事件标志组（按下按键1将任务通知值bit0置1，按下按键2将任务通知值bit1置1）

void StartTaskSend(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskSend */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
				
				printf("将bit0位置1！\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,0x01,eSetBits);
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
				
				printf("将bit1位置1！\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,0x02,eSetBits);
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		
		osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END StartTaskSend */
}

/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskReceive */
/**
* @brief Function implementing the TaskReceive thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskReceive */
void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskReceive */
	uint32_t notify_val = 0,event_bit =0;
	
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    xTaskNotifyWait(0,0xFFFFFFFF,&notify_val,portMAX_DELAY);
		if(notify_val & 0x01)
			event_bit |= 0x01;
		if(notify_val & 0x02)
			event_bit |= 0x02;
		if(event_bit == (0x01 | 0x02))
		{
			printf("任务通知模拟事件标志组接收成功！\r\n");
			event_bit = 0;
		}
		osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END StartTaskReceive */
}

 4. 模拟邮箱（按下按键1将任务通知值设置为1，按下按键1将任务通知值设置为2）

void StartTaskSend(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskSend */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET){
				
				printf("按键1按下！\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,1,eSetValueWithOverwrite);//将任务通知值设置为1
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
			osDelay(20);
			if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET){
				
				printf("按键2按下！\r\n");
				xTaskNotify(TaskReceiveHandle,2,eSetValueWithOverwrite);//将任务通知值设置为2
			}
			while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1) == GPIO_PIN_RESET);
		}
		
		osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END StartTaskSend */
}

/* USER CODE BEGIN Header_StartTaskReceive */
/**
* @brief Function implementing the TaskReceive thread.
* @param argument: Not used
* @retval None
*/
/* USER CODE END Header_StartTaskReceive */
void StartTaskReceive(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN StartTaskReceive */
	uint32_t notify_val = 0;
	
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    xTaskNotifyWait(0,0xFFFFFFFF,&notify_val,portMAX_DELAY);
		printf("接收到的通知值为 %d\r\n",notify_val);
		osDelay(1);
  }
  /* USER CODE END StartTaskReceive */
}