FreeRTOS第九课：任务通知机制

任务通知是 FreeRTOS 提供的一种可选功能，需要通过配置宏 `#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1` 来启用。每个任务控制块 (TCB) 都包含一个32位的通知值 (`ulNotifiedValue`)，用于任务间的同步和通信。

任务通知量类似于信号量事件，也是一种进程同步机制。因此，进程可以通过操作系统申请PV操作来实现同步。

FreeRTOS 提供了一系列与任务通知相关的API：

typedef enum { eNoAction = 0, eSetBits, eIncrement, eSetValueWithOverwrite, eSetValueWithoutOverwrite } eNotifyAction;
BaseType_t xTaskNotify(TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction);
BaseType_t xTaskNotifyFromISR(TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
BaseType_t xTaskNotifyGive(TaskHandle_t xTaskToNotify);
BaseType_t xTaskNotifyGiveFromISR(TaskHandle_t xTaskToNotify, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
BaseType_t xTaskNotifyAndQuery(TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, uint32_t *pulPreviousNotificationValue);
BaseType_t xTaskNotifyAndQueryFromISR(TaskHandle_t xTaskToNotify, uint32_t ulValue, eNotifyAction eAction, uint32_t *pulPreviousNotificationValue, BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken);
uint32_t ulTaskNotifyTake(BaseType_t xClearCountOnExit, TickType_t xTicksToWait);
BaseType_t xTaskNotifyWait(uint32_t ulBitsToClearOnEntry, uint32_t ulBitsToClearOnExit, uint32_t *pulNotificationValue, TickType_t xTicksToWait);

当进程A请求等待操作时，操作系统会尝试对进程A执行P操作，将其阻塞。当另一个进程B请求针对进程A的通知操作时，操作系统会找到进程A的TCB，并对其执行V操作，唤醒进程A，并将通知值写入进程A的TCB。

任务通知量是TCB自带的资源，使用方便且可以精准地唤醒特定任务。这使得执行唤醒的进程能够参与进程调度过程。与信号量不同，信号量只能唤醒某个任务，但无法指定具体是哪个任务。任务通知量在一对多的进程同步中具有明显优势。

任务通知量也有其局限性，即进程必须明确知道需要向哪个任务发送通知。而在信号量机制中，进程无需了解具体哪个任务需要资源，只需告知操作系统它生产了资源即可。

当进程A明确知道作为生产者对应的消费者是进程B时，任务通知量是一种强大的进程同步方式。以下是几种典型的应用场景：

1. 替代二进制信号量

void taskAFunction(void *pvParameters) {
    while (1) {
        uint32_t NotifyValue = ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY);
        if (NotifyValue == 1) {
            // 执行操作
        }
    }
}

void xxx_IRQHandler(void) {
    vTaskNotifyGiveFromISR(TaskA_Handler, &xHigherPriorityTaskWoken);
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

在中断服务例程中使用 `vTaskNotifyGiveFromISR`，在任务A中使用 `ulTaskNotifyTake`。如果任务A被阻塞，当操作系统发送通知时，将唤醒任务A。

2. 替代计数信号量

void SemGive_task(void *pvParameters) {
    while (1) {
        xTaskNotifyGive(SemTakeTaskHandle);
    }
}

void SemTake_task(void *pvParameters) {
    while (1) {
        uint32_t NotifyValue = ulTaskNotifyTake(pdFALSE, portMAX_DELAY);
        // 执行操作
    }
}

在任务A中使用 `xTaskNotifyGive`，在任务B中使用 `ulTaskNotifyTake`。如果任务B被阻塞，当操作系统发送通知时，将唤醒任务B。

3. 替代消息传递

void taskAFunction(void *pvParameters) {
    while (1) {
        err = xTaskNotify((TaskHandle_t)TaskB_Handle, (uint32_t)key, (eNotifyAction)eSetValueWithOverwrite);
    }
}

void taskBFunction(void *pvParameters) {
    uint32_t NotifyValue;
    while (1) {
        err = xTaskNotifyWait((uint32_t)0x00, (uint32_t)ULONG_MAX, (uint32_t *)&NotifyValue, (TickType_t)portMAX_DELAY);
        if (err == pdTRUE) {
            switch (NotifyValue) {
                case WKUP:
                    // 处理唤醒事件
                    break;
                case KEY1:
                    // 处理键1事件
                    break;
                case KEY2:
                    // 处理键2事件
                    break;
            }
        }
    }
}

在任务A中使用 `xTaskNotify`，在任务B中使用 `xTaskNotifyWait`。如果任务B被阻塞，当操作系统发送通知时，将唤醒任务B。

4. 替代事件组

void xxx_IRQHandler(void) {
    xTaskNotifyFromISR((TaskHandle_t)TaskB_Handle, (uint32_t)EVENTBIT_WKUP, (eNotifyAction)eSetBits, (BaseType_t *)xHigherPriorityTaskWoken);
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

void taskAFunction(void *pvParameters) {
    while (1) {
        switch (key) {
            case KEY1:
                xTaskNotify((TaskHandle_t)TaskB_Handle, (uint32_t)EVENTBIT_KEY1, (eNotifyAction)eSetBits);
                break;
        }
    }
}

void taskCFunction(void *pvParameters) {
    while (1) {
        switch (key) {
            case KEY2:
                xTaskNotify((TaskHandle_t)TaskB_Handle, (uint32_t)EVENTBIT_KEY2, (eNotifyAction)eSetBits);
                break;
        }
    }
}

void taskBFunction(void *pvParameters) {
    uint32_t NotifyValue;
    while (1) {
        err = xTaskNotifyWait((uint32_t)0x00, (uint32_t)ULONG_MAX, (uint32_t *)&NotifyValue, (TickType_t)portMAX_DELAY);
        if (err == pdPASS) {
            if ((NotifyValue & EVENTBIT_WKUP) != 0) {
                event0flag = 1;
            }
            if ((NotifyValue & EVENTBIT_KEY1) != 0) {
                event1flag = 1;
            }
            if ((NotifyValue & EVENTBIT_KEY2) != 0) {
                event2flag = 1;
            }
            eventvalue = event0flag | (event1flag <<1) | (event2flag <<2);
            if (event0flag && event1flag && event2flag) {
                // 执行操作
            }
            event0flag = 0;
            event1flag = 0;
            event2flag = 0;
        }
    }
}

在任务A、任务C和中断服务例程中使用 `xTaskNotify`，在任务B中使用 `xTaskNotifyWait`。如果任务B被阻塞，当操作系统发送通知时，将唤醒任务B。