1.7. FreeRTOS 任务管理

ESP-IDF 基于 FreeRTOS，多任务编程是 ESP32 的核心能力。

1.7.1. 任务创建

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"

// 任务函数原型：void task_name(void *pvParameter)

void blink_task(void *pvParameter)
{
    gpio_set_direction(GPIO_NUM_2, GPIO_MODE_OUTPUT);

    while (1) {
        gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 1);
        vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
        gpio_set_level(GPIO_NUM_2, 0);
        vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

void app_main(void)
{
    // 创建任务
    xTaskCreate(
        blink_task,          // 任务函数
        "blink",             // 任务名
        2048,                // 栈大小（字）
        NULL,                // 参数
        5,                   // 优先级 (0~25)
        NULL                 // 任务句柄
    );
}

备注

ESP-IDF 中 FreeRTOS 的优先级范围是 0~25，数字越大优先级越高。空闲任务优先级为 0，Timer 服务任务优先级为 1。

1.7.2. 多核任务

ESP32 的双核可以分配任务到特定核心：

// 创建任务并绑定到核心 0 (PRO_CPU)
xTaskCreatePinnedToCore(
    task_function,
    "task_pro",
    4096,
    NULL,
    5,
    NULL,
    0);                     // 核心 0

// 绑定到核心 1 (APP_CPU)
xTaskCreatePinnedToCore(
    task_function,
    "task_app",
    4096,
    NULL,
    5,
    NULL,
    1);                     // 核心 1

重要

核心 0 (PRO_CPU)：处理 WiFi/BLE 协议栈、中断
核心 1 (APP_CPU)：运行用户应用代码
如果没有指定核心，IDF 默认使用核心 1

1.7.3. 队列通信

// 创建队列
QueueHandle_t sensor_queue;
sensor_queue = xQueueCreate(10, sizeof(float));

// 发送方（可在 ISR 中使用）
float temperature = 25.5;
xQueueSend(sensor_queue, &temperature, portMAX_DELAY);

// 接收方
float received_temp;
if (xQueueReceive(sensor_queue, &received_temp,
                  pdMS_TO_TICKS(1000)) == pdTRUE) {
    ESP_LOGI(TAG, "温度: %.1f", received_temp);
}

1.7.4. 信号量

SemaphoreHandle_t xSemaphore;

// 二值信号量（同步）
xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
xSemaphoreGive(xSemaphore);                    // 释放
xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY);     // 获取（阻塞）

// 互斥量（带优先级继承）
SemaphoreHandle_t xMutex = xSemaphoreCreateMutex();

void shared_resource_task(void *pvParameter)
{
    while (1) {
        if (xSemaphoreTake(xMutex, pdMS_TO_TICKS(1000)) == pdTRUE) {
            // 访问共享资源
            critical_section_operation();
            xSemaphoreGive(xMutex);
        }
        vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

1.7.5. 事件组

EventGroupHandle_t event_group;
const int BIT_SENSOR_READY = BIT0;
const int BIT_WIFI_READY   = BIT1;

void event_example(void)
{
    event_group = xEventGroupCreate();

    // 设置事件位
    xEventGroupSetBits(event_group, BIT_SENSOR_READY);
    xEventGroupSetBits(event_group, BIT_WIFI_READY);

    // 等待多个事件（所有位）
    EventBits_t bits = xEventGroupWaitBits(
        event_group,
        BIT_SENSOR_READY | BIT_WIFI_READY,
        pdTRUE,      // 清除位
        pdTRUE,      // 等待所有位
        portMAX_DELAY);
}

1.7.6. 任务通知

// 轻量级同步（比信号量更快，更省内存）

TaskHandle_t task_handle;

// 发送通知
xTaskNotifyGive(task_handle);

// 接收通知（在目标任务中）
ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY);

// 带值的通知
uint32_t notify_value = 42;
xTaskNotify(task_handle, notify_value, eSetValueWithOverwrite);

// 接收
uint32_t value;
xTaskNotifyWait(0, 0, &value, portMAX_DELAY);

1.7.7. 软件定时器

TimerHandle_t timer;

void timer_callback(TimerHandle_t xTimer)
{
    ESP_LOGI(TAG, "定时器触发");
}

void timer_create(void)
{
    timer = xTimerCreate(
        "my_timer",              // 名字
        pdMS_TO_TICKS(1000),     // 周期
        pdTRUE,                  // 自动重载
        NULL,                    // ID
        timer_callback);

    xTimerStart(timer, 0);       // 启动
    // xTimerStop(timer, 0);     // 停止
}

1.7.8. 栈溢出检测

// 方法 1：配置 menuconfig
// Component config → FreeRTOS → configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW

// 方法 2：运行时检查
UBaseType_t stack_high_water = uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL);
ESP_LOGI(TAG, "剩余栈空间: %d 字", stack_high_water * 4);

// 如果剩余栈空间 < 256 字节，应增加任务栈大小

小技巧

FreeRTOS 使用建议：

栈大小: 任务创建时分配，默认 2048 字 (~8 KB)，根据需求调整
优先级：避免同优先级任务长时间占用 CPU（用 vTaskDelay 让出）
ISR：中断服务函数应尽量短，复杂处理通过队列/信号量交给任务
看门狗：长时间循环记得喂狗 esp_task_wdt_reset()
内存：使用 heap_caps_get_free_size(MALLOC_CAP_INTERNAL) 监控内存