从 v8.2.0 版本开始，FreeRTOS 新增了任务通知(Task Notifictions)这个功能，可以使用任务通知来代替信号量、消息队列、事件标志组等这些东西。

简介

任务通知在 FreeRTOS 中是一个可选的功能，要使用任务通知的话就需要将宏configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 定义为 1。
FreeRTOS 的每个任务都有一个 32 位的通知值，任务控制块中的成员变量 ulNotifiedValue就是这个通知值。任务通知是一个事件，假如某个任务通知的接收任务因为等待任务通知而阻塞的话，向这个接收任务发送任务通知以后就会解除这个任务的阻塞状态。也可以更新接收任务的任务通知值，任务通知可以通过如下方法更新接收任务的通知值：

  • 不覆盖接收任务的通知值(如果上次发送给接收任务的通知还没被处理)。
  • 覆盖接收任务的通知值。
  • 更新接收任务通知值的一个或多个 bit。
  • 增加接收任务的通知值。

使用上面这些更改任务通知值的方法可以在一些场合中替代队列、二值信号量、计数型信号量和事件标志组。使用任务通知来实现二值信号量功能的时候，解除任务阻塞的时间比直接使用二值信号量要快 45%。
任务通知的发送使用函数 xTaskNotify()或者 xTaskNotifyGive()(还有此函数的中断版本)来完 成 ， 这 个 通 知 值 会 一 直 被 保 存 着 ， 直 到 接 收 任 务 调 用 函 数 xTaskNotifyWait() 或 者ulTaskNotifyTake()来获取这个通知值。假如接收任务因为等待任务通知而阻塞的话那么在接收到任务通知以后就会解除阻塞态。
任务通知虽然可以提高速度，并且减少 RAM 的使用，但是任务通知也是有使用限制的：

  • FreeRTOS 的任务通知只能有一个接收任务，其实大多数的应用都是这种情况。
  • 接收任务可以因为接收任务通知而进入阻塞态，但是发送任务不会因为任务通知发送失败而阻塞。

    发送任务通知

    | 函数 | 描述 | | —- | —- | | xTaskNotify() | 发送通知，带有通知值并且不保留接收任务原通知值，用在任务中 | | xTaskNotifyFromISR() | 发送通知，函数 xTaskNotify()的中断版本 | | xTaskNotifyGive() | 发送通知，不带通知值并且不保留接收任务的通知值，此函数会将接收任务的通知值加一，用于任务中 | | vTaskNotifyGiveFromISR() | 发送通知，函数 xTaskNotifyGive()的中断版本 | | xTaskNotifyAndQuery() | 发送通知，带有通知值并且保留接收任务的原通知值，用在任务中 | | xTaskNotiryAndQueryFromISR() | 发送通知，函数 xTaskNotifyAndQuery()的中断版本，用在中断服务函数中 |

函数 xTaskNotify()
此函数用于发送任务通知，此函数发送任务通知的时候带有通知值，此函数是个宏，真正执行的函数 xTaskGenericNotify()。

  1. BaseType_t xTaskNotify( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction )

参数

  • xTaskToNotify： 任务句柄，指定任务通知是发送给哪个任务的。
  • ulValue： 任务通知值。

  • eAction： 任务通知更新的方法，eNotifyAction 是个枚举类型，在文件 task.h 中有如下定义：

    1. typedef enum
    2. {
    3.  eNoAction = 0,
    4.  eSetBits, //更新指定的 bit
    5.  eIncrement, //通知值加一
    6.  eSetValueWithOverwrite, //覆写的方式更新通知值
    7.  eSetValueWithoutOverwrite //不覆写通知值
    8. } eNotifyAction;

    返回值

  • pdFAIL: 当参数 eAction 设置为 eSetValueWithoutOverwrite 的时候，如果任务通知值没有更新成功就返回 pdFAIL。

  • pdPASS: eAction 设置为其他选项的时候统一返回 pdPASS。

函数 xTaskNotifyFromISR()
此函数用于发送任务通知，是函数 xTaskNotify()的中断版本，此函数是个宏，真正执行的是函数 xTaskGenericNotifyFromISR()

  1. BaseType_t xTaskNotifyFromISR( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken );

参数

  • xTaskToNotify： 任务句柄，指定任务通知是发送给哪个任务的。
  • ulValue： 任务通知值。
  • eAction： 任务通知更新的方法。
  • pxHigherPriorityTaskWoken: 记退出此函数以后是否进行任务切换，这个变量的值函数会自动设置的，用户不用进行设置，用户只需要提供一个变量来保存这个值就行了。当此值为 pdTRUE 的时候在退出中断服务函数之前一定要进行一次任务切换。

返回值

  • pdFAIL: 当参数 eAction 设置为 eSetValueWithoutOverwrite 的时候，如果任务通知值没有更新成功就返回 pdFAIL。
  • pdPASS: eAction 设置为其他选项的时候统一返回 pdPASS。

函数 xTaskNotifyGive()
发送任务通知，相对于函数 xTaskNotify()，此函数发送任务通知的时候不带有通知值。此函数只是将任务通知值简单的加一，此函数是个宏，真正执行的是函数 xTaskGenericNotify()。

  1. BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );

参数

  • xTaskToNotify： 任务句柄，指定任务通知是发送给哪个任务的。

返回值

  • pdPASS: 此函数只会返回 pdPASS。

函数 vTaskNotifyGiveFromISR()
此函数为 xTaskNotifyGive()的中断版本，用在中断服务函数中。

  1. void vTaskNotifyGiveFromISR( TaskHandle_t xTaskHandle, BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken );

参数

  • xTaskToNotify： 任务句柄，指定任务通知是发送给哪个任务的。
  • pxHigherPriorityTaskWoken: 记退出此函数以后是否进行任务切换，这个变量的值函数会自动设置的，用户不用进行设置，用户只需要提供一个变量来保存这个值就行了。当此值为 pdTRUE 的时候在退出中断服务函数之前一定要进行一次任务切换。

返回值

  • 无

函数 xTaskNotifyAndQuery()
此函数和 xTaskNotify()很类似，此函数比 xTaskNotify()多一个参数，此参数用来保存更新前的通知值。此函数是个宏，真正执行的是函数 xTaskGenericNotify()。

  1. BaseType_t xTaskNotifyAndQuery ( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, uint32_t * pulPreviousNotificationValue);

参数

  • xTaskToNotify： 任务句柄，指定任务通知是发送给哪个任务的。
  • ulValue： 任务通知值。
  • eAction： 任务通知更新的方法。
  • pulPreviousNotificationValue：用来保存更新前的任务通知值。

返回值

  • pdFAIL: 当参数 eAction 设置为 eSetValueWithoutOverwrite 的时候，如果任务通知值没有更新成功就返回 pdFAIL。
  • pdPASS: eAction 设置为其他选项的时候统一返回 pdPASS。

函数 xTaskNotifyAndQueryFromISR()
此函数为 xTaskNorityAndQuery()的中断版本，用在中断服务函数中。此函数同样为宏，真正执行的是函数 xTaskGenericNotifyFromISR()。

  1. BaseType_t xTaskNotifyAndQueryFromISR ( TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, uint32_t * pulPreviousNotificationValue,BaseType_t * pxHigherPriorityTaskWoken );

参数

  • xTaskToNotify： 任务句柄，指定任务通知是发送给哪个任务的。
  • ulValue： 任务通知值。
  • eAction： 任务通知更新的方法。
  • pulPreviousNotificationValue：用来保存更新前的任务通知值。
  • pxHigherPriorityTaskWoken: 记退出此函数以后是否进行任务切换，这个变量的值函数会自动设置的，用户不用进行设置，用户只需要提供一个变量来保存这个值就行了。当此值为 pdTRUE 的时候在退出中断服务函数之前一定要进行一次任务切换。

返回值

  • pdFAIL: 当参数 eAction 设置为 eSetValueWithoutOverwrite 的时候，如果任务通知值没有更新成功就返回 pdFAIL。
  • pdPASS: eAction 设置为其他选项的时候统一返回 pdPASS。

获取任务通知

函数 描述
ulTaskNotifyTake() 获取任务通知，可以设置在退出此函数的时候将任务通知值清零或者减一。当任务通知用作二值信号量或者计数信号量的时候使用此函数来获取信号量
xTaskNotifyWait() 等待任务通知，比 ulTaskNotifyTak()更为强大，全功能版任务通知获取函数

函数 ulTaskNotifyTake()
此函数为获取任务通知函数，当任务通知用作二值信号量或者计数型信号量的时候可以使用此函数来获取信号量。

  1. uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit, TickType_t xTicksToWait );

参数

  • xClearCountOnExit： 参数为 pdFALSE 的话在退出函数 ulTaskNotifyTake()的时候任务通知值减一，类似计数型信号量。当此参数为 pdTRUE 的话在退出函数的时候任务任务通知值清零，类似二值信号量。
  • xTickToWait: 阻塞时间。

返回值

  • 任何值 ： 任务通知值减少或者清零之前的值。

函数 xTaskNotifyWait()
此函数也是用来获取任务通知的，不过此函数比 ulTaskNotifyTake()更为强大，不管任务通知用作二值信号量、计数型信号量、队列和事件标志组中的哪一种，都可以使用此函数来获取任务通知。但是当任务通知用作位置信号量和计数型信号量的时候推荐使用函数ulTaskNotifyTake()。

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

参数

  • ulBitsToClearOnEntry：当没有接收到任务通知的时候将任务通知值与此参数的取反值进行按位与运算，当此参数为 0xffffffff 或者 ULONG_MAX 的时候就会将任务通知值清零。
  • ulBitsToClearOnExit：如果接收到了任务通知，在做完相应的处理退出函数之前将任务通知值与此参数的取反值进行按位与运算，当此 参数为 0xffffffff 或者ULONG_MAX 的时候就会将任务通知值清零。
  • pulNotificationValue：此参数用来保存任务通知值。
  • xTickToWait: 阻塞时间。

返回值

  • pdTRUE： 获取到了任务通知。

  • pdFALSE： 任务通知获取失败。

    任务通知模拟二值信号量、

    前面说了，根据 FreeRTOS 官方的统计，使用任务通知替代二值信号量的时候任务解除阻塞的时间要快 45%，并且需要的 RAM 也更少。其实通过我们上面分析任务通知发送和获取函数的过程可以看出，任务通知的代码量很少，所以执行时间与所需的 RAM 也就相应的会减少。
    二值信号量就是值最大为 1 的信号量，这也是名字中“二值”的来源。当任务通知用于替代二值信号量的时候任务通知值就会替代信号量值，函数 ulTaskNotifyTake()就可以替代信号量获取函数 xSemaphoreTake()，函数 ulTaskNotifyTake()的参数 xClearCountOnExit 设置为 pdTRUE。这样在每次获取任务通知的时候模拟的信号量值就会清零。函数 xTaskNotifyGive()和 vTaskNotifyGiveFromISR()用于替代函数xSemaphoreGive()和 xSemaphoreGiveFromISR()。

    任务通知模拟计数型信号量

    不同与二值信号量，计数型信号量值可以大 1，这个最大值在创建信号量的时候可以设置。当计数型信号量有效的时候任务可以获取计数型信号量，信号量值只要大于 0 就表示计数型信号量有效。
    当任务通知用作计数型信号量的时候获取信号量相当于获取任务通知值，使用函数ulTaskNotifyTake()来替代函数 xSemaphoreTake()。函数 ulTaskNotifyTake()的参数 xClearOnExit要设置为 pdFLASE，这样每次获取任务通知成功以后任务通知值就会减一。使用任务通知发送函数 xTaskNotifyGive() 和 vTaskNotifyGiveFromISR()来替代计数型信号量释放函数xSemaphoreGive()和 xSemaphoreGiveFromISR()。

    任务通知模拟消息邮箱

    任务通知也可用来向任务发送数据，但是相对于用队列发送消息，任务通知向任务发送消息会受到很多限制：

  • 只能发送 32 位的数据值。

  • 消息被保存为任务的任务通知值，而且一次只能保存一个任务通知值，相当于队列长度为 1。

因此说任务通知可以模拟一个轻量级的消息邮箱而不是轻量级的消息队列。任务通知值就是消息邮箱的值。
发送数据可以使用函数 xTaskNotify()或者 xTaskNotifyFromISR()，函数的参数 eAction 设置eSetValueWithOverwrite 或 者 eSetValueWithoutOverwrite 。如果参数 eAction 为eSetValueWithOverwrite 的话不管接收任务的通知值是否已经被处理，这个通知值都会被更新。参数 eAction 为 eSetValueWithoutOverwrite 的话如果上一个任务通知值话还没有被处理，那么新的任务通知值就不会更新。如果要读取任务通知值的话就使用函数 xTaskNotifyWait()。

任务通知模拟事件标志组

当任务通知用作事件标志组的话任务通知值就相当于事件组，这个时候任务通知值的每个bit 用 作 事 件 标 志 ( 位 ) 。函数 xTaskNotifyWait() 替代事件标志组中的API函 数xEventGroupWaitBits()。函数 xTaskNotify()和 xTaskNotifyFromISR()(函数的参数 eAction 为eSetBits)替代事件标志组中的 API 函数 xEventGroupSetBits（）和 xEventGroupSetBitsFromISR()。