【esp32学习笔记】ESP32基于Arduino框架的多任务系统实现和 loop() 函数的本质（PlatformIO）

问：

ESP32基于Arduino框架在 PlatformIO 的多任务系统，A任务每隔50ms执行一次，B任务每隔100ms执行一次，C任务每隔1000ms执行一次。

在ESP32上使用Arduino框架实现多任务系统，可以通过FreeRTOS（已集成在ESP32 Arduino核心中）来实现。以下是实现A、B、C三个任务以不同频率运行的代码示例：

完整代码实现

#include <Arduino.h>

// 定义任务句柄
TaskHandle_t TaskAHandle = NULL;
TaskHandle_t TaskBHandle = NULL;
TaskHandle_t TaskCHandle = NULL;

// 任务A：每50ms执行一次
void TaskA(void *pvParameters) {
  const TickType_t xDelay = 50 / portTICK_PERIOD_MS; // 50ms转换为FreeRTOS ticks
  
  for(;;) {
    // 任务A的工作代码
    Serial.println("Task A executed");
    
    vTaskDelay(xDelay); // 延迟50ms
  }
}

// 任务B：每100ms执行一次
void TaskB(void *pvParameters) {
  const TickType_t xDelay = 100 / portTICK_PERIOD_MS; // 100ms转换为FreeRTOS ticks
  
  for(;;) {
    // 任务B的工作代码
    Serial.println("Task B executed");
    
    vTaskDelay(xDelay); // 延迟100ms
  }
}

// 任务C：每1000ms执行一次
void TaskC(void *pvParameters) {
  const TickType_t xDelay = 1000 / portTICK_PERIOD_MS; // 1000ms转换为FreeRTOS ticks
  
  for(;;) {
    // 任务C的工作代码
    Serial.println("Task C executed");
    
    vTaskDelay(xDelay); // 延迟1000ms
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 创建任务A
  xTaskCreate(
    TaskA,           // 任务函数
    "TaskA",         // 任务名称
    2048,            // 堆栈大小（字节）
    NULL,            // 任务参数
    1,               // 优先级（0-24，数字越大优先级越高）
    &TaskAHandle     // 任务句柄
  );
  
  // 创建任务B
  xTaskCreate(
    TaskB,
    "TaskB",
    2048,
    NULL,
    1,
    &TaskBHandle
  );
  
  // 创建任务C
  xTaskCreate(
    TaskC,
    "TaskC",
    2048,
    NULL,
    1,
    &TaskCHandle
  );
  
  // 如果不需要在setup中执行其他操作，可以删除以下行
  // 因为FreeRTOS调度器会自动接管
}

void loop() {
  // 在基于FreeRTOS的应用中，loop()通常为空
  // 因为所有工作都在任务中完成
  vTaskDelete(NULL); // 删除loop任务（可选）
}

代码说明

任务创建：
- 使用xTaskCreate()函数创建三个任务
- 每个任务有自己的函数、名称、堆栈大小、优先级和句柄
任务频率控制：
- 使用vTaskDelay()函数控制任务执行频率
- portTICK_PERIOD_MS是FreeRTOS的tick周期（通常为1ms）
优先级：
- 所有任务设置为相同优先级(1)，这意味着它们将平等分享CPU时间
- 如果需要，可以调整优先级（0-24，数字越大优先级越高）
堆栈大小：
- 每个任务分配了2048字节的堆栈，对于简单任务可能过大，可以根据实际需求调整

PlatformIO配置建议

在platformio.ini中添加以下配置：

[env:esp32dev]
platform = espressif32
board = esp32dev
framework = arduino
monitor_speed = 115200

替代方案：使用定时器

如果任务非常简单，也可以使用硬件定时器实现：

#include <Arduino.h>
#include <Ticker.h>

Ticker timerA, timerB, timerC;

void taskA() {
  Serial.println("Task A executed");
}

void taskB() {
  Serial.println("Task B executed");
}

void taskC() {
  Serial.println("Task C executed");
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  timerA.attach_ms(50, taskA);
  timerB.attach_ms(100, taskB);
  timerC.attach_ms(1000, taskC);
}

void loop() {
  // 空循环
}

选择哪种方案取决于任务复杂度和实时性要求。FreeRTOS任务更适合复杂的、需要独立堆栈的任务，而定时器适合简单的回调函数。

使用FreeRTOS后还会执行loop(）函数吗

在使用 FreeRTOS 的 ESP32 Arduino 环境中，loop() 函数仍然会被执行，但它本身也是一个 FreeRTOS 任务（称为 loopTask），其优先级通常较低（默认为 1）。具体行为如下：

1. `loop()` 的运行机制

在 Arduino-ESP32 框架中，loop() 实际上是在一个 FreeRTOS 任务中运行的，其实现类似于：
cpp

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```
void loopTask(void *pvParameters) {
  setup();  // 先执行 setup()
  for (;;) {
    loop();  // 循环执行 loop()
  }
}
```
这个任务的优先级通常为 1（与示例代码中的 TaskA/B/C 相同），因此它会与其他同优先级任务平等分享 CPU 时间（通过 FreeRTOS 的时间片轮转调度）。

2. `loop()` 与其他任务的交互

如果其他任务优先级更高（例如优先级 >1），则高优先级任务会抢占 loop()。
如果优先级相同（如示例代码中的任务优先级均为 1），则 loop() 会与其他任务按时间片轮流执行。
如果 loop() 中有阻塞操作（如 delay()），会主动让出 CPU 给其他任务。

3. 是否需要保留 `loop()`？

保留 loop()：可以用于低优先级任务（如状态监测、非实时逻辑）。
删除 loop()：如果所有功能都已通过 FreeRTOS 任务实现，可以在 setup() 中调用 vTaskDelete(NULL) 删除 loopTask（如示例代码末尾所示），以节省资源。

4. 关键注意事项

避免在 loop() 中使用阻塞函数：
如 delay(1000) 会阻塞整个 loopTask，改用 vTaskDelay() 以释放 CPU。

void loop() {
  // 错误：阻塞整个 loopTask
  // delay(1000);
  
  // 正确：释放 CPU 给其他任务
  vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
}

优先级冲突：
如果 loop() 和其他任务优先级相同，且 loop() 中有大量计算，可能导致其他任务无法及时执行。此时可以：
- 降低 loop() 的优先级（需修改 Arduino-ESP32 底层配置）。
- 将 loop() 中的逻辑移到独立任务中。
默认 loop() 的堆栈大小：
Arduino-ESP32 中 loopTask 的默认堆栈较小（约 4KB），复杂操作可能导致栈溢出。可通过修改 menuconfig 调整（PlatformIO 中需自定义 sdkconfig）。

5. 如何彻底禁用 `loop()`？

如果需要完全移除 loop()，可以在 setup() 中删除 loopTask：

void setup() {
  // 创建其他任务...
  vTaskDelete(NULL); // 删除当前任务（即 loopTask）
}

void loop() {
  // 不会执行到这里
}

总结

场景	`loop()` 的行为
不主动干预	作为优先级=1 的任务与其他任务并发运行
`loop()` 中有阻塞操作	使用 `delay()` 会冻结任务，改用 `vTaskDelay()`
删除 `loopTask`	调用 `vTaskDelete(NULL)` 可释放资源

建议在复杂的多任务系统中，将逻辑拆分到独立的 FreeRTOS 任务中，并减少 loop() 的使用，以提高可预测性和实时性。

posted @ 2025-05-16 08:31 FBshark 阅读(542) 评论(0) 收藏举报

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