嵌入式 | RTOS相對(duì)延時(shí)和絕對(duì)延時(shí)的區(qū)別

作者 | strongerHuang

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嵌入式軟件代碼中延時(shí)是很常見的，只是延時(shí)種類有很多，看你用什么延時(shí)。

一個(gè)延時(shí)的問題

問題：周期性（固定一個(gè)時(shí)間）去處理某一件事情。你會(huì)通過什么方式去實(shí)現(xiàn)？

比如：間隔10ms去采集傳感器的數(shù)據(jù)，然后通過一種算法計(jì)算出一個(gè)結(jié)果，最后通過串口發(fā)送出去。

可能對(duì)于很多習(xí)慣裸機(jī)編程的讀者，首先想到的是：利用定時(shí)器，定時(shí)10ms中斷，在中斷里面處理。

中斷函數(shù)適合處理簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)，不適合算法、通信等需要長(zhǎng)時(shí)間占用CPU的處理。

對(duì)計(jì)時(shí)精度要求比較高的地方適合定時(shí)器，像本章節(jié)說的周期性采集傳感器數(shù)據(jù)，要求不適合很高，那么就引入本文說的絕對(duì)延時(shí)。

在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS任務(wù)中，利用vTaskDelayUntil絕對(duì)延時(shí)即可完美解決這個(gè)問題。

相對(duì)延時(shí)和絕對(duì)延時(shí)的含義

本文拿FreeRTOS中相對(duì)延時(shí)函數(shù)vTaskDelay，絕對(duì)延時(shí)函數(shù)vTaskDelayUntil來說明。

相對(duì)延時(shí)：指每次延時(shí)都是從執(zhí)行函數(shù)vTaskDelay()開始，直到延時(shí)指定的時(shí)間（參數(shù)：滴答值）結(jié)束。

絕對(duì)延時(shí)：指每隔指定的時(shí)間（參數(shù)：滴答值），執(zhí)行一次調(diào)用vTaskDelayUntil()函數(shù)的任務(wù)。

文字描述可能不夠直觀理解，下面章節(jié)結(jié)合代碼例子、延時(shí)值（IO高低變化波形）、任務(wù)執(zhí)行圖來詳細(xì)講述一下他們的區(qū)別。

相對(duì)延時(shí)和絕對(duì)延時(shí)區(qū)別

以實(shí)際代碼為例說明：一個(gè)任務(wù)中，添加一個(gè)10ms系統(tǒng)延時(shí)，然后，在執(zhí)行任務(wù)（耗時(shí)1ms左右，例子以延時(shí)代替）。
相對(duì)延時(shí)代碼：

絕對(duì)延時(shí)代碼：

說明：

1.TestDelay這個(gè)延時(shí)函數(shù)僅僅用于測(cè)試（延時(shí)1ms），用于代替采集、算法、發(fā)送等耗時(shí)時(shí)間。

2.兩個(gè)代碼唯一區(qū)別在于系統(tǒng)延時(shí)不同，一個(gè)vTaskDelay(10);，一個(gè)vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 10);

3.系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為1000，也就是上面系統(tǒng)延時(shí)10個(gè)滴答，即10ms。

看到代碼，你想到了他們輸出結(jié)果的差異嗎？來看下結(jié)果的差異：用PA0這個(gè)引腳輸出的高低電平，得出延時(shí)時(shí)間。
相對(duì)延時(shí)結(jié)果：

絕對(duì)延時(shí)結(jié)果：

結(jié)果為：相對(duì)延時(shí)的周期為系統(tǒng)延時(shí)10ms + 執(zhí)行任務(wù)1ms的時(shí)間，總共11ms時(shí)間。絕對(duì)延時(shí)的周期即為10ms時(shí)間.

換一種方式看區(qū)別

如果上面的區(qū)別還沒明白，再來講一個(gè)更容易理解的區(qū)別，通過文字 + 任務(wù)執(zhí)行圖來說明。

1.相對(duì)延時(shí)先看任務(wù)執(zhí)行圖，按照上面代碼的方式呈現(xiàn)：

這里會(huì)牽涉到操作系統(tǒng)任務(wù)切換、高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占等一些原理，若不了解，請(qǐng)轉(zhuǎn)移直到了解再回來。

上電，TEST任務(wù)進(jìn)入延時(shí)（阻塞）狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)執(zhí)行其他就緒任務(wù)。FreeRTOS內(nèi)核會(huì)周期性的檢查TEST任務(wù)的阻塞是否達(dá)到，如果阻塞時(shí)間達(dá)到，則將TEST任務(wù)設(shè)置為就緒狀態(tài)，如果就緒任務(wù)中TEST任務(wù)的優(yōu)先級(jí)最高，則會(huì)搶占CPU，再次執(zhí)行任務(wù)主體代碼，不斷循環(huán)。

TEST任務(wù)每次系統(tǒng)延時(shí)都是從調(diào)用延時(shí)函數(shù)vTaskDelay()開始算起的，所以叫相對(duì)延時(shí)。

從上圖可以看出：如果執(zhí)行TEST任務(wù)的過程中發(fā)生中斷，或者具有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶占了，那么TEST任務(wù)執(zhí)行的周期就會(huì)變長(zhǎng)，所以使用相對(duì)延時(shí)函數(shù)vTaskDelay()，不能周期性的執(zhí)行TEST任務(wù)。

2.絕對(duì)延時(shí)

代碼中定義的變量xLastWakeTime，其實(shí)是用來保存上一次的系統(tǒng)計(jì)數(shù)器值（方便檢測(cè)下一個(gè)延時(shí)時(shí)間是否到來）。

和上面相對(duì)延時(shí)程序執(zhí)行圖比較，可以看出，系統(tǒng)延時(shí)的時(shí)間包含了程序執(zhí)行的時(shí)間。即時(shí)中途有中斷，或更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)打斷，不會(huì)影響下一次執(zhí)行的時(shí)間（也就是這個(gè)周期不會(huì)變，當(dāng)然，打斷時(shí)間不能超過系統(tǒng)延時(shí)值）。

提示：圖片中添加了一段話：一般來說，程序執(zhí)行時(shí)間要小于總間隔時(shí)間（10ms）。

如果打斷時(shí)間太長(zhǎng)，回來之后延時(shí)都超過了，則會(huì)立馬執(zhí)行程序，不會(huì)再延時(shí)（任務(wù)不會(huì)再阻塞延時(shí)）。