目录
一、引言
二、Tickless 模式的工作原理
1.传统的定时器中断（Tick）模式
2.Tickless 模式的引入
3.具体实现机制
三、Tickless 模式的优势
1.降低功耗
2.提高响应速度
3.灵活性
四、配置和使用 Tickless 模式
1.软件配置
2.任务编程注意事项
五、代码实现
1.定义任务函数
2.实现低功耗相关的函数
3.主函数
六、总结
一、引言
在嵌入式系统中，功耗管理是一个至关重要的问题，尤其是对于电池供电的设备或对功耗敏感的应用场景。FreeRTOS 作为一款流行的实时操作系统，提供了低功耗 Tickless 模式，以帮助开发者降低系统的功耗。本文将深入探讨 FreeRTOS 的低功耗 Tickless 模式，包括其工作原理、优势、配置方法以及实际应用中的注意事项。
二、Tickless 模式的工作原理
1.传统的定时器中断（Tick）模式
- 在传统的 FreeRTOS 运行模式下，系统会定期产生定时器中断（Tick），通常这个时间间隔是固定的，比如 1ms 或 10ms。每个 Tick 中断会触发任务调度器进行任务切换和时间管理。
- 这种模式的问题在于，即使系统处于空闲状态，定时器中断仍然会不断发生，消耗一定的 CPU 资源和电力。
2.Tickless 模式的引入
- Tickless 模式也称为低功耗模式或动态定时器模式。在这种模式下，系统的定时器只有在需要的时候才会产生中断。
- 当系统没有任务需要执行时，定时器会停止，进入低功耗状态。当有任务需要执行或者某个事件发生时，定时器会被重新启动，产生中断以触发任务调度。
3.具体实现机制
- FreeRTOS 通过监测任务的状态和等待时间来决定是否进入 Tickless 模式。如果所有任务都处于阻塞状态，等待某个事件发生，并且等待时间超过当前定时器的下一个 Tick 时间，系统就会进入 Tickless 模式，停止定时器。
- 当某个事件发生，如中断触发或者等待的时间到期，系统会重新启动定时器，产生中断，唤醒任务调度器进行任务切换。
三、Tickless 模式的优势
1.降低功耗
由于在系统空闲时定时器停止，减少了不必要的中断产生，从而降低了 CPU 的活动频率，节省了电力消耗。这对于电池供电的设备来说，可以显著延长电池的使用寿命。
2.提高响应速度
在 Tickless 模式下，当事件发生时，系统可以更快地响应，因为不需要等待下一个固定的 Tick 时间。这对于实时性要求较高的应用场景非常重要。
3.灵活性
Tickless 模式可以根据系统的实际负载情况动态调整定时器的中断频率，适应不同的应用场景。在负载较轻时，系统可以进入低功耗状态更长时间；在负载较重时，定时器中断频率会相应增加，以保证任务的及时调度。
四、配置和使用 Tickless 模式
1.软件配置
- 在 FreeRTOS 中，启用 Tickless 模式需要进行一些配置。首先，在 FreeRTOSConfig.h 文件中，将宏定义
configUSE_TICKLESS_IDLE设置为 1，以启用 Tickless 模式。 - 然后，根据硬件平台的特性，实现特定的函数来控制定时器的停止和启动。这些函数通常包括
portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()和portRESTORE_TICKS()。
2.任务编程注意事项
- 在使用 Tickless 模式时，任务的等待时间应该尽可能准确地设置，以避免不必要的定时器中断。如果任务的等待时间设置过长，可能会导致系统响应延迟增加；如果设置过短，可能会频繁地产生定时器中断，降低低功耗效果。
- 另外，在中断处理程序中，应该尽量快速地处理中断，避免长时间占用 CPU，以免影响 Tickless 模式的效果。
五、代码实现
1.定义任务函数
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "portmacro.h"void task1(void *pvParameters)
{while (1){// 任务 1 的代码vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);// 模拟一些操作，然后再次进入阻塞状态等待下一次唤醒}
}void task2(void *pvParameters)
{while (1){// 任务 2 的代码vTaskDelay(2000 / portTICK_PERIOD_MS);// 模拟一些操作，然后再次进入阻塞状态等待下一次唤醒}
}2.实现低功耗相关的函数
3.主函数
int main(void)
{// 创建任务xTaskCreate(task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);xTaskCreate(task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);// 设置低功耗相关的函数指针portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();vTaskSuspendAll();portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP(xExpectedIdleTime);(void)xTaskResumeAll();portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();// 启动调度器vTaskStartScheduler();return 0;
}解析：
-
任务函数：
task1和task2是两个任务函数，它们在循环中使用vTaskDelay函数进入阻塞状态，等待指定的时间后再次被唤醒执行。这里的时间是相对于系统的 tick（时间片）而言的。
-
低功耗相关函数：
vPortSuppressTicksAndSleep函数是在系统进入低功耗模式时被调用的函数。在这个函数中，根据具体的硬件平台实现低功耗模式的进入操作，例如关闭不必要的外设、降低 CPU 时钟等，以减少功耗。vPortRestoreTicks函数是在系统退出低功耗模式时被调用的函数。在这个函数中，实现低功耗模式的退出和定时器的恢复操作，以便系统能够正常运行。
-
主函数：
- 首先创建了两个任务
task1和task2。 - 然后设置低功耗相关的函数指针。在实际应用中，需要根据具体的硬件平台进行实现，以确保系统能够正确地进入和退出低功耗模式。
- 最后启动调度器，开始执行任务。
- 首先创建了两个任务
六、总结
FreeRTOS 的低功耗 Tickless 模式为嵌入式系统提供了一种有效的功耗管理方法。通过合理地配置和使用 Tickless 模式，可以显著降低系统的功耗，提高响应速度，延长电池寿命。在实际应用中，开发者需要根据硬件平台的特性和应用场景的需求，进行适当的配置和编程，以充分发挥 Tickless 模式的优势。希望本文对读者理解和使用 FreeRTOS 的 Tickless 模式有所帮助。
