FreeRTOS优先级反转

FreeRTOS优先级反转是指当一个低优先级的任务正在访问共享资源时，一个高优先级的任务因等待该资源而被阻塞，从而导致低优先级任务的执行时间超出预期。这种情况可能会导致系统响应性能下降或者死锁。在使用FreeRTOS进行任务编程时，我们需要考虑到共享资源的访问问题以及产生的优先级反转问题，并根据具体情况选择合适的优先级继承方法来解决问题。

相关问题

freertos优先级反转

FreeRTOS中的优先级反转是指当一个低优先级的任务持有一个共享资源时，高优先级的任务无法获得对该资源的访问权，从而导致高优先级任务被阻塞的现象。

这种情况下，如果一个低优先级的任务持有一个共享资源，而一个高优先级的任务又需要访问这个资源，那么高优先级的任务会被阻塞，直到低优先级的任务释放资源。这种情况下，低优先级任务的执行时间可能会比预期更长，从而导致高优先级任务的响应时间延迟。

为了解决这个问题，FreeRTOS提供了一个特殊的任务调度器锁机制，即任务通知机制（Task Notification）。通过任务通知机制，高优先级任务可以主动通知低优先级任务释放资源，从而避免优先级反转的问题。

在FreeRTOS中，可以使用vTaskPriorityInherit()函数来启用优先级继承机制，这样当一个高优先级任务等待一个低优先级任务释放资源时，低优先级任务的优先级会被提升到高优先级任务的优先级，以避免优先级反转的问题。

除了优先级继承机制，FreeRTOS还提供了其他解决优先级反转问题的方法，如优先级屏蔽（Priority Ceiling Protocol）和优先级继承加锁（Priority Inheritance with Mutex）。这些方法可以根据具体的应用场景选择使用。

FreeRTOS 优先级

### FreeRTOS 任务优先级设置与调度机制

#### 任务优先级的概念
在 FreeRTOS 中，任务优先级用于决定多个可运行状态的任务之间的执行顺序。较高优先级的任务总是先于较低优先级的任务获得 CPU 资源并被执行[^1]。

#### 设置任务优先级的方法
FreeRTOS 提供了灵活的任务创建接口 `xTaskCreate` 和 `xTaskCreateStatic` 来设定新任务的初始优先级。这些函数允许开发者指定一个整数值作为参数之一传递给它们，该值即代表所要创建的新线程应具有的相对重要程度或紧迫感级别。通常情况下，0 表示最低级别的活动单元而 configMAX_PRIORITIES-1 则对应着最高的那个等级[^2]。

// 创建具有特定优先级的任务实例
BaseType_t xReturned;
void vTaskCode( void * pvParameters );
const char *pcName = "Demo Task";
uint16_t usStackDepth = 128; // 单位为字节的数量取决于架构
static StackType_t xStack[ 128 ];
static StaticTask_t xTaskBuffer;

xReturned = xTaskCreate(
    vTaskCode,       /* 执行此任务的功能 */
    pcName,          /* 名称赋予给这个新的工作单位 */
    usStackDepth,    /* 栈大小 (以 words 计算) */
    NULL,            /* 参数传入到任务中去 */
    tskIDLE_PRIORITY,// 此处定义了任务的重要度/紧急性水平
    NULL             /* 不需要返回句柄 */
);

#### 同优先级下的时间片轮转策略
对于相同优先级的任务，默认采用的是时间片轮转算法(Round Robin)，这意味着即使两个以上的进程共享同一层次结构，在一定条件下也会轮流得到处理器使用权从而得以继续推进各自的工作流程。

#### 多重核心特性支持下跨核迁移考量
值得注意的是，在某些版本和支持多内核硬件平台上的移植版里，还存在有关亲和力(Affinity Mask) 的选项可供调整——这使得用户能够控制哪些逻辑处理单元(CPU Cores) 上可以安排某个具体的应用层实体运行。不过这种高级特性的应用需谨慎评估其必要性和潜在影响。

#### 解决优先级反转问题
为了防止由于资源竞争引发的所谓“优先级倒置”现象（即本来应该更早完成的关键操作反而因为等待其他不那么紧要的事情结束而延迟），FreeRTOS 实现了一个叫做优先级继承(Priority Inheritance Protocol) 的解决方案。当高优先进程试图获取已被低优先生命周期占用的同步对象时，后者会被暂时提升至前者相同的权重量级直至释放锁为止，以此确保整个系统的实时响应性能不受损害[^3]。