2025最新超详细FreeRTOS入门教程：第八章 FreeRTOS任务通知

摘要

在前几章中，我们依次学习了 队列、信号量、互斥量、事件组 等任务间通信与同步机制。虽然这些工具功能强大，但在某些轻量级场景下，它们可能显得“过于复杂”，比如：

• 任务之间只需要传递一个整数值
• ISR 只需要快速通知任务执行一次操作
• 需要更快、更轻量的同步方式

此时，使用 任务通知（Task Notification） 是最佳选择。
任务通知是 FreeRTOS 提供的最轻量级任务通信机制，它不需要额外的内存开销，比队列和信号量更高效。

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一、任务通知的基本概念

1. 定义

• 每个任务都有一个 32 位通知值，由 FreeRTOS 内核维护
• 任务可以等待通知、发送通知
• 通知既可以当作 二值信号量 使用，也可以当作 计数信号量/事件标志/消息传递 使用

2. 特点

• 每个任务最多有一个通知值（可扩展为多个通知数组，FreeRTOS V10.4+ 引入 TaskNotifyTakeIndexed）
• 不需要额外的句柄对象（不像队列、信号量需要额外 RAM）
• 速度最快，适合 ISR 与任务之间的通信

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二、任务通知 API

1. 发送任务通知

BaseType_t xTaskNotify(
   TaskHandle_t xTaskToNotify,
   uint32_t ulValue,
   eNotifyAction eAction
);

• eAction 取值：
  • eSetBits：对通知值执行按位或
  • eIncrement：通知值自增
  • eSetValueWithOverwrite：覆盖写入
  • eSetValueWithoutOverwrite：不覆盖已有通知

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2. 等待任务通知

BaseType_t xTaskNotifyWait(
   uint32_t ulBitsToClearOnEntry,
   uint32_t ulBitsToClearOnExit,
   uint32_t *pulNotificationValue,
   TickType_t xTicksToWait
);

• ulBitsToClearOnEntry：进入等待前清除的位
• ulBitsToClearOnExit：退出等待后清除的位
• pulNotificationValue：输出通知值
• xTicksToWait：阻塞等待时间

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3. 类似信号量的 API

uint32_t ulTaskNotifyTake(BaseType_t xClearCountOnExit,
                          TickType_t xTicksToWait);

• 用于实现 二值/计数信号量
• xClearCountOnExit = pdTRUE：退出时清零
• 返回值：成功接收到的次数

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4. ISR 中发送任务通知

BaseType_t xTaskNotifyFromISR(
   TaskHandle_t xTaskToNotify,
   uint32_t ulValue,
   eNotifyAction eAction,
   BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);

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三、任务通知使用示例

示例1：ISR 通知任务

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

TaskHandle_t xHandleTask;

void vTaskHandler(void *pvParameters)
{
    uint32_t ulNotifiedValue;
    for(;;)
    {
        if(xTaskNotifyWait(0x00, 0xFFFFFFFF, &ulNotifiedValue, portMAX_DELAY) == pdTRUE)
        {
            printf("任务被中断唤醒, 值=%lu\n", ulNotifiedValue);
        }
    }
}

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    xTaskNotifyFromISR(xHandleTask, 1, eIncrement, &xHigherPriorityTaskWoken);
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();

    xTaskCreate(vTaskHandler, "Handler", 128, NULL, 2, &xHandleTask);

    vTaskStartScheduler();
}

运行结果：

• 每次中断触发，任务收到通知并打印计数

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示例2：任务间通信（传递整数）

TaskHandle_t xTaskSender, xTaskReceiver;

void vTaskSender(void *pvParameters)
{
    uint32_t count = 0;
    for(;;)
    {
        count++;
        xTaskNotify(xTaskReceiver, count, eSetValueWithOverwrite);
        vTaskDelay(1000);
    }
}

void vTaskReceiver(void *pvParameters)
{
    uint32_t ulValue;
    for(;;)
    {
        if(xTaskNotifyWait(0, 0, &ulValue, portMAX_DELAY) == pdTRUE)
        {
            printf("接收值=%lu\n", ulValue);
        }
    }
}

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四、任务通知的工作机制

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五、任务通知与队列/信号量对比

特性	任务通知	队列	信号量
速度	✅ 最快	❌ 较慢	中等
内存占用	✅ 无额外对象	❌ 队列结构体	❌ 信号量对象
传递数据	✅ 支持整数/位图	✅ 任意数据	❌
ISR 使用	✅	✅	✅
多任务等待	❌ 仅单任务	✅	✅

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六、常见应用场景

1. 任务与中断同步
   • ISR 中快速通知任务处理事件
2. 任务间轻量通信
   • 不需要完整队列机制，只需传递整数
3. 任务事件触发
   • 使用按位通知，代替事件组的轻量版本

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七、调试与监控

• 使用 uxTaskGetStackHighWaterMark() 检查任务是否正常运行
• 使用 vTaskGetInfo() 获取任务通知状态
• 注意避免丢失通知（覆盖写模式可能导致数据丢失）

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八、常见问题与解决方法

问题	可能原因	解决方法
通知丢失	使用覆盖写模式	改用 eIncrement 或事件组
ISR 报错	使用了错误 API	改用 xTaskNotifyFromISR
多任务等待通知失败	每个任务只能有一个通知值	使用事件组/队列替代
通知无法清零	xTaskNotifyWait 参数设置错误	检查清除位参数

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九、经验总结

📌 开发建议

1. 若只是 ISR 与任务间的 单一事件触发，优先使用任务通知
2. 若需要多个任务等待，使用事件组或队列
3. 若需要传递复杂数据结构，使用队列
4. 在高实时性场景，任务通知是最快的通信方式

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十、总结

通过本章学习，你已经掌握：

• 任务通知的概念与机制
• 发送与接收任务通知的 API
• 在 ISR 与任务之间使用任务通知
• 与队列/信号量的对比和适用场景

任务通知是 FreeRTOS 中最轻量的同步与通信工具，在性能要求高的嵌入式系统中非常有价值。

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🔗 FreeRTOS专栏👉 下一章：2025最新超详细FreeRTOS入门教程：第九章 FreeRTOS软件定时器 ——将学习如何在任务之外调度定时操作。

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