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。