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type: study
status: active
created: 2026-09-10
updated: 2026-09-10
sensitivity: private
tags: [study, embedded, c, esp32, cores3]
sources:
  - "https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/v5.5.1/esp32s3/api-reference/system/freertos_idf.html"
  - "https://docs.freertos.org/"
  - "https://www.freertos.org/Documentation/02-Kernel/02-Kernel-features/02-Queues-mutexes-and-semaphores/01-Queues"
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# FreeRTOS：任务怎么协作，数据怎么交接

## 任务是并发执行单元

任务可以处于运行、就绪、阻塞或挂起状态。等待队列或延时的阻塞任务不需要空转占 CPU。高优先级任务若一直就绪，可能挤压其他工作；“实时”关注在要求的时间内完成，而不是平均速度看起来很快。[IDF FreeRTOS](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/v5.5.1/esp32s3/api-reference/system/freertos_idf.html)

ESP-IDF 的双核 FreeRTOS 有自己的 SMP 行为。本文参考的版本中，创建任务的栈大小参数按**字节**计，不是上游常见的 word 数。双核并发也不能只靠在本核关中断保护全部共享状态。

## 第一个应用只做少量职责

```mermaid
flowchart LR
    S[采样任务] -->|采样快照| Q[有容量上限的队列]
    Q --> U[UI 任务]
    S -->|单独的上报快照| N[网络任务]
    N -->|状态或配置事件| U
```

这是本课程建议的最小结构。库本身已有的网络、显示任务也要计入资源，不应每增加一个功能就无条件新建一个任务。

同一个队列若被 UI 和网络任务竞争读取，一条消息通常只会被其中一个取走。需要两边都收到时，设计两个队列或显式发布快照，不能把单队列当广播系统。

## 几个工具怎样选择

| 工具 | 用途 | 本课例子 |
| --- | --- | --- |
| Queue | 传递固定大小的数据项 | 采样快照 |
| Mutex | 保护共享资源的互斥访问 | 一次完整的共享设备访问 |
| Semaphore | 发信号或计数 | 可用资源数、事件到达 |
| Event Group | 表示多个事件条件的位 | IP 就绪等启动条件 |
| Task Notification | 通知某个任务，或按模式计数/置位 | 唤醒采样任务 |
| Software Timer | 到期调度回调 | 延迟重试触发器 |

概念入口：[FreeRTOS 官方文档](https://docs.freertos.org/)；落到 ESP32-S3 上，优先核对 [IDF API](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/v5.5.1/esp32s3/api-reference/system/freertos_idf.html)。

## Queue 的“复制”是什么意思

假设队列 item size 是 `sizeof(sample_summary_t)`，发送时复制这个大小的内容；队列不会推断结构体内的指针该做深拷贝。[IDF Queue API](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/v5.5.1/esp32s3/api-reference/system/freertos_idf.html#queue-api)

本项目第一轮快照只放整数、布尔值和固定大小字段，以简化生命周期。如果队列只传缓冲区指针，就必须约定发送失败谁释放、接收后谁释放、取消任务时如何回收。

## 队列满是必须设计的正常情况

假设每秒生产 10 条，消费者每秒只能处理 2 条，有界队列迟早会满；把容量调大只是推迟问题。

本项目建议：UI 的“当前读数”可以保留最新值并统计丢弃量；命令和报警不能静默丢弃，需要明确拒绝、重试或持久化策略。该区分来自业务语义，不是 Queue 自动提供的保证。

## ISR 与任务的交接

中断中只做允许的短操作，使用合适的 `...FromISR` API；是否请求切换到刚唤醒的高优先级任务，按对应 port 的要求处理。普通回调不一定在 ISR 中执行，先看调用上下文再选 API。[IDF FreeRTOS API](https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/v5.5.1/esp32s3/api-reference/system/freertos_idf.html)

软件定时器回调也不应承担长时间网络调用。让回调通知任务，任务再做可阻塞的工作。

## 三个验收实验

1. 网络任务模拟延迟 5 秒，UI 计时与触摸应继续响应。
2. 故意让生产快于消费，确认队列满时返回值、丢弃计数和界面行为符合设计。
3. 连续运行一段时间，记录任务栈余量、空闲内存最低值和采样间隔；看趋势而不是只截一张正常数值。

过关标准：能解释谁拥有每份数据、任务在哪里阻塞，以及重启或停止任务前如何清理资源。当前未执行板卡并发实验。

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