FreeRTOS中osDelay和HAL_Delay的区别

硬件花园 · 发表于 2023-10-28 21:00:00

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问题场景在FreeRTOS中创建了线程A、线程B，其中线程A优先级大于线程B。线程A、B任务代码如下:
void A(void *argument)
{
  while (1)
  {
printf("A\r
");
HAL_Delay(1000);
  }
}
void B(void *argument)
{
  while (1)
  {
printf("B\r
");
HAL_Delay(1000);
  }
}
烧录程序后查看串口数据发现只打印了A而不打印B，说明只执行了A线程没有执行B线程。

问题原因
HAL_Delay是由ST提供的STM32 Cube HAL库中的一个函数，通常用于在STM32微控制器上实现简单的延时。HAL_Delay函数使用系统时钟来进行延时，并且在延时期间会阻塞整个处理器，也就是说，它会使处理器暂时停止执行其他任务和代码。
在开始运行线程之前，线程A、B处于就绪态，由于线程A优先级比线程B高，FreeRTOS任务控制器优先选择线程A运行，此时线程A进入运行态。随后线程A打印A，然后被HAL_Delay函数"阻塞"，注意此时的"阻塞"并不意味着程序进入了阻塞态，由于HAL_Delay阻塞的是整个处理器，因此FreeRTOS无法进行其他线程的调度，也就是说，HAL_Delay同时阻塞了线程B。当HAL_Delay函数运行结束后，线程A重回就绪态，由于线程A优先级比线程B高，FreeRTOS任务控制器优先选择线程A运行，循环往复，线程B不被执行。
解决办法osDelay是FreeRTOS（Real-Time Operating System）中的一个函数，用于实现任务的延时。FreeRTOS是一个开源的实时操作系统，专门用于嵌入式系统。osDelay函数允许任务挂起一段时间，然后由操作系统调度器在指定的时间后重新运行该任务。在等待期间，任务会被放入挂起状态，让其他任务有机会运行。
也就是说，当调用osDelay时，线程A进入阻塞态，此时任务控制器选择进入就绪态的线程B执行，循环往复，线程A、B同时被执行。我们可以将任务A和B进行如下改动，即可看到既打印A又打印B。

void A(void *argument)
{
  while (1)
  {
printf("A\r
");
osDelay(1000);
  }
}
void B(void *argument)
{
  while (1)
  {
printf("B\r
");
osDelay(1000);
  }
}
使用osDelay可能带来的问题观察一下HAL_Delay和osDelay的函数原型：

/**
  * @brief This function provides minimum delay (in milliseconds) based
  */
__weak void HAL_Delay(uint32_t Delay);
/*
  Wait for Timeout (Time Delay).
*/
osStatus_t osDelay (uint32_t ticks);
可以看到HAL_Delay函数的目的是提供毫秒级别的延时，意味着当你输入HAL_Delay(500)，硬件会尽量延时精确到500ms的时间。
与之不同的是，osDelay函数的输入是ticks。ticks是一个计时单位，表示任务将被挂起的时间长度。每个tick的时间取决于FreeRTOS配置的时钟节拍（tick）周期。例如，如果tick周期为1毫秒，那么传递参数ticks为10就会使任务挂起10毫秒。由此可见，osDelay函数延时的时间和一个ticks记时时间长度有很大关系。
那么如何确定ticks具体代表多长时间呢？首先我们应该找到用于配置的头文件，通常这个头文件名字叫做FreeRTOSConfig.h。其中，configTICK_RATE_HZ配置选项的值表示每秒钟系统时钟节拍（tick）的数量。configTICK_RATE_HZ的值一般默认被设置为1000，表示系统时钟每秒产生1000个tick，即每个tick的时间间隔为1毫秒，此时osDelay对单个任务延时的时间长度和HAL_Delay近似。
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往期回顾：STM32中断，看着一篇就够了
STM32CubeMX介绍
【蓝桥杯单片机】第二章软件安装
【蓝桥杯单片机】第一章大赛概述
【蓝桥杯嵌入式】第九章 PWM
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