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刘火良FreeRTOS内核实现与应用学习之7——任务延时列表

news 来源：原创 2025/9/12 16:10:43

在《刘火良FreeRTOS内核实现与应用学习之6——多优先级》的基础上：关键是添加了全局变量：xNextTaskUnblockTime ，与延时列表（xDelayedTaskList1、xDelayedTaskList2）来高效率的实现延时。

以前需要在扫描就绪列表中所有任务的xTicksToDelay值，进行任务就绪与否的操作；现在修改之后只需根据xNextTaskUnblockTime 值判断延时列表中的任务是否就绪，进行相应的操作；

重要数据结构及数据

0. 全局变量 xNextTaskUnblockTime

位置：在task.c文件中定义；静态变量；

static volatile TickType_t xNextTaskUnblockTime = ( TickType_t ) 0U;

1. 全局变量任务延时列表

位置：在task.c文件中定义；静态变量；

static List_t xDelayedTaskList1; //xTickCount没有溢出时，使用一个列表
static List_t xDelayedTaskList2; //xTickCount 溢出时，使用另外一个列表

static List_t * volatile pxDelayedTaskList; //xTickCount没有溢出时，使用一个列表
static List_t * volatile pxOverflowDelayedTaskList; //xTickCount 溢出时，使用另外一个列表

a. 列表中的每一个节点代表了正在延时的任务；

b. 且节点按照延时时间大小做升序排列；

c. 当时基中断（SysTick中断）来临时，就用系统时基计数器的值xTickCount 与xNextTaskUnblockTime 进行比较：相等则任务就绪；否则，更新系统时基计数器xTickCount，任务切换；

有关任务操作重要函数

1. 任务延时列表初始化

/* 初始化任务相关的列表 */
void prvInitialiseTaskLists( void )
{
UBaseType_t uxPriority;

/* 初始化就绪列表 */
for( uxPriority = ( UBaseType_t ) 0U; uxPriority < ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES; uxPriority++ )
   {
       vListInitialise( &( pxReadyTasksLists[ uxPriority ] ) );
   }

vListInitialise( &xDelayedTaskList1 );
   vListInitialise( &xDelayedTaskList2 );

pxDelayedTaskList = &xDelayedTaskList1;
   pxOverflowDelayedTaskList = &xDelayedTaskList2;
}

2. 修改延时函数

void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;

/* 获取当前任务的TCB */
pxTCB = pxCurrentTCB;

/* 设置延时时间 */
//pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;

/* 将任务插入到延时列表 */
prvAddCurrentTaskToDelayedList( xTicksToDelay );

/* 任务切换 */
taskYIELD();
}

实现将任务插入延时列表；

在 prvAddCurrentTaskToDelayedList函数中实现
a. 把当前任务从就绪列表中移除；

/* 将任务从就绪列表中移除 */
   if( uxListRemove( &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) ) == ( UBaseType_t ) 0 )
   {
       /* 将任务在优先级位图中对应的位清除 */
portRESET_READY_PRIORITY( pxCurrentTCB->uxPriority, uxTopReadyPriority );
   }

b. 计算xNextTaskUnblockTime 值：

/* 计算延时到期时，系统时基计数器xTickCount的值是多少 */
xTimeToWake= xConstTickCount + xTicksToWait;

c. 把延时任务插入延时列表(xDelayedTaskList1 或者 xDelayedTaskList2)中

i. 由于《节点按照延时时间大小做升序排列》，在插入前需要设置节点的xItemValue值：用于帮助节点做顺序排列；

/* 将延时到期的值设置为节点的排序值 */
listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxCurrentTCB->xStateListItem ), xTimeToWake );

ii. 根据刚才计算的 xTimeToWake是否溢出，决定把延时任务是放到延时列表(非溢出xDelayedTaskList1 或者溢出xDelayedTaskList2)中；

/* 溢出 */
if( xTimeToWake < xConstTickCount )
{
vListInsert( pxOverflowDelayedTaskList, &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) );
}
else /* 没有溢出 */
{

vListInsert( pxDelayedTaskList, &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) );

/* 更新下一个任务解锁时刻变量xNextTaskUnblockTime的值 */
if( xTimeToWake < xNextTaskUnblockTime )
{
xNextTaskUnblockTime = xTimeToWake;
}
}

iii. 更新xNextTaskUnblockTime值：

/* 更新下一个任务解锁时刻变量xNextTaskUnblockTime的值 */
if( xTimeToWake < xNextTaskUnblockTime )
{
xNextTaskUnblockTime = xTimeToWake;
}

重要函数：prvAddCurrentTaskToDelayedList

static void prvAddCurrentTaskToDelayedList( TickType_t xTicksToWait )
{TickType_t xTimeToWake;/* 获取系统时基计数器xTickCount的值 */const TickType_t xConstTickCount = xTickCount;/* 将任务从就绪列表中移除 */if( uxListRemove( &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) ) == ( UBaseType_t ) 0 ){/* 将任务在优先级位图中对应的位清除 */portRESET_READY_PRIORITY( pxCurrentTCB->uxPriority, uxTopReadyPriority );}/* 计算延时到期时，系统时基计数器xTickCount的值是多少 */xTimeToWake = xConstTickCount + xTicksToWait;/* 将延时到期的值设置为节点的排序值 */listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxCurrentTCB->xStateListItem ), xTimeToWake );/* 溢出 */if( xTimeToWake < xConstTickCount ){vListInsert( pxOverflowDelayedTaskList, &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) );}else /* 没有溢出 */{vListInsert( pxDelayedTaskList, &( pxCurrentTCB->xStateListItem ) );/* 更新下一个任务解锁时刻变量xNextTaskUnblockTime的值 */if( xTimeToWake < xNextTaskUnblockTime ){xNextTaskUnblockTime = xTimeToWake;}}	
}

3. 修改xTaskIncrementTick函数

实现如下功能：

a. 更新xTickCount 值；为何不直接加一？

const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;
xTickCount = xConstTickCount;

b. 如果 xConstTickCount溢出，则切换延时列表；

   /* 如果xConstTickCount溢出，则切换延时列表 */
   if( xConstTickCount == ( TickType_t ) 0U )
   {
       taskSWITCH_DELAYED_LISTS();
   }

重要宏代码 taskSWITCH_DELAYED_LISTS

/*
* 当系统时基计数器溢出的时候，延时列表pxDelayedTaskList 和
* pxOverflowDelayedTaskList要互相切换
*/
#define taskSWITCH_DELAYED_LISTS()\
{\
   List_t *pxTemp;\
   pxTemp = pxDelayedTaskList;\
   pxDelayedTaskList = pxOverflowDelayedTaskList;\
   pxOverflowDelayedTaskList = pxTemp;\
   xNumOfOverflows++;\
   prvResetNextTaskUnblockTime();\
}

当前的延时列表指针切换到溢出延时列表中；

c. 最近的延时任务延时到期：

直接通过比较xConstTickCount与xNextTaskUnblockTime，大于则进去看谁到期了，无需遍历所有的；

/* 最近的延时任务延时到期 */
   if( xConstTickCount >= xNextTaskUnblockTime )
   {
       for( ;; )
       {
           if( listLIST_IS_EMPTY( pxDelayedTaskList ) != pdFALSE )
           {
               /* 延时列表为空，设置xNextTaskUnblockTime为可能的最大值 */
               xNextTaskUnblockTime = portMAX_DELAY;
               break;
           }
           else /* 延时列表不为空 */
           {
               pxTCB = ( TCB_t * ) listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( pxDelayedTaskList );
               xItemValue = listGET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xStateListItem ) );

               /* 直到将延时列表中所有延时到期的任务移除才跳出for循环 */
if( xConstTickCount < xItemValue )
               {
                   xNextTaskUnblockTime = xItemValue;
                   break;
               }

               /* 将任务从延时列表移除，消除等待状态 */
               ( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );

               /* 将解除等待的任务添加到就绪列表 */
               prvAddTaskToReadyList( pxTCB );
           }
       }
   }/* xConstTickCount >= xNextTaskUnblockTime */

代码框架为死循环<用于部分遍历延时到期任务>，设置条件跳出；

i. 根据列表中的节点计数器判断，延时列表是否为空，空则跳出；

ii. 编列列表中的任务节点的xItemValue（节点此值是升序的），若xConstTickCount < xItemValue：表示此任务延时未到，跳出死循环；

若xConstTickCount > xItemValue：表示此任务延时到，进行如下操作：

从当前延时任务从延时列表中移除；
将当前延时任务加到就绪列表中；

d. 任务切换；

xTaskIncrementTick函数由时基函数调用：

时基函数SysTick中断服务函数：xPortSysTickHandler

位置：在port.c文件中定义；

/*
*************************************************************************
*                             SysTick中断服务函数
*************************************************************************
*/
void xPortSysTickHandler( void )
{/* 关中断 */vPortRaiseBASEPRI();/* 更新系统时基 */xTaskIncrementTick();/* 开中断 */vPortClearBASEPRIFromISR();
}