守护任务：FreeRTOS中的资源管理与中断安全访问

"本文档是关于FreeRTOS实时操作系统的一个用户手册，主要讲解了守护任务（Guardian Task）的概念和应用。守护任务是一种特殊任务，它对特定资源有唯一所有权，负责管理和保护该资源，防止优先级反转和死锁。通过守护任务，其他任务无法直接访问资源，而是通过与守护任务交互来间接访问。例如，手册中给出了一个采用守护任务重写vPrintString()的例子，用以控制对标准输出的访问。守护任务使用FreeRTOS队列来实现资源访问的串行化，大部分时间处于阻塞状态，等待新消息的到来并处理。中断服务例程也能安全地利用守护任务，比如通过心跳中断钩子函数每200个心跳周期输出一次消息。" 在FreeRTOS中，守护任务是一种有效的并发控制机制，它们确保了对关键资源的独占访问，同时避免了优先级反转的问题。优先级反转是指一个低优先级任务持有资源，而高优先级任务被阻塞等待该资源，导致系统响应性降低。通过使用守护任务，高优先级任务无需直接访问资源，而是通过低优先级的守护任务来传递请求，这样可以维持任务间的优先级顺序。 守护任务的核心在于它拥有对资源的直接访问权，其他任务需要通过发送消息给守护任务来请求服务。在这个例子中，vPrintString()函数的实现利用守护任务来管理对终端的打印操作。当任务想要输出字符串时，它不再直接调用打印函数，而是将字符串发送到守护任务维护的队列中。守护任务接收到消息后，简单地将信息写入终端，然后再次进入阻塞状态等待新的消息。 中断服务例程（ISR）同样可以安全地与守护任务交互，因为守护任务的队列可以在中断上下文中被写入。手册中提到，心跳中断钩子函数可以用来定期触发消息输出，这需要在FreeRTOSConfig.h中设置configUSE_TICK_HOOK为1，并提供符合指定原型的钩子函数vApplicationTickHook()。由于心跳钩子函数在中断上下文中执行，因此必须保持快速、轻量级，并且不能调用非"FromISR"版本的FreeRTOS API函数。 FreeRTOS作为一个实时内核，提供了丰富的任务管理功能，包括守护任务，以支持在微控制器上的高效并发执行。这个文档还包含了如何配置和使用守护任务的实例，对于理解和应用FreeRTOS的并发控制策略具有指导意义。