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任务通知

破碎的山岚2025/8/22大约 5 分钟RTOS

任务通知

FreeRTOS 任务通知（Task Notification）是一种轻量级的任务间通信机制。

它可以在很多场景下替代：

  • 二值信号量
  • 计数信号量
  • 消息队列
  • 部分事件标志组

相比这些独立的内核对象，任务通知直接存储在任务控制块 TCB 中，不需要额外创建通信对象，因此速度更快、内存开销更小。

其本质可以概括为：

任务通知 = 写入目标任务 TCB 中的 32 位通知值，并唤醒目标任务。

配置

在 FreeRTOSConfig.h 中开启任务通知：

#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS    1

通常默认已经开启。

每个任务都有一个通知值：

volatile uint32_t ulNotifiedValue;
volatile uint8_t ucNotifyState;

其中：

ulNotifiedValue

就是任务通知的核心数据。

因此，一个任务天然就拥有一个 32 位通知值。

任务通知的两种主要用法

任务通知最常见的使用方式可以分为两类：

计数/信号量模式

把通知值当作一个计数器使用：

xTaskNotifyGive()
ulTaskNotifyTake()

适合：

  • 二值信号量
  • 计数信号量
  • ISR 通知任务
  • “有事件发生了”这种简单同步

其本质就是：

发送通知
    ↓
通知值 +1
    ↓
任务等待通知
    ↓
取走通知值

数值/事件模式

直接向任务发送一个 32 位数值：

xTaskNotify()
xTaskNotifyWait()

适合：

  • 传递简单数据
  • 按键值
  • 状态值
  • 多事件位
  • 状态机

例如：

通知值：

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
                                      ↑
                                   KEY0

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010
                                     ↑
                                   KEY1

因此也可以把 32 位通知值当作一个事件位图使用。

核心 API

发送通知

任务中：

xTaskNotifyGive()

用于将目标任务的通知值加 1。

xTaskNotify()

用于向目标任务写入一个通知值，并根据 eNotifyAction 决定具体操作。

常见操作：

eIncrement
eSetValueWithOverwrite
eSetValueWithoutOverwrite
eSetBits
eNoAction

其中最常用的是：

eIncrement

和：

eSetValueWithOverwrite
eSetBits

ISR 中发送通知

中断中使用：

vTaskNotifyGiveFromISR()

或者：

xTaskNotifyFromISR()

典型流程：

BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

vTaskNotifyGiveFromISR(
    xTaskHandle,
    &xHigherPriorityTaskWoken
);

portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);

本质就是：

ISR
 ↓
修改目标任务通知值
 ↓
唤醒目标任务
 ↓
必要时触发任务切换

等待通知

ulTaskNotifyTake()

uint32_t ulTaskNotifyTake(
    BaseType_t xClearCountOnExit,
    TickType_t xTicksToWait
);

它主要用于计数型通知。

例如：

uint32_t count;

count = ulTaskNotifyTake(
    pdTRUE,
    portMAX_DELAY
);

其中：

pdTRUE

表示获取通知后将通知值清零。

pdFALSE

表示只减 1，不清零。

因此：

xTaskNotifyGive()
        ↓
通知值 +1
        ↓
ulTaskNotifyTake()
        ↓
通知值 -1 / 清零

这就是它为什么可以替代计数信号量。

xTaskNotifyWait()

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

它主要用于数值和事件模式。

例如：

uint32_t notifyValue;

if(xTaskNotifyWait(
       0,
       UINT32_MAX,
       &notifyValue,
       portMAX_DELAY) == pdTRUE)
{
    // 处理 notifyValue
}

这里：

ulBitsToClearOnEntry

表示进入等待前清除哪些位。

ulBitsToClearOnExit

表示退出等待后清除哪些位。

pulNotificationValue

用于获取收到的通知值。

两组 API 的区别

可以直接记成：

需求发送接收
计数/信号量xTaskNotifyGive()ulTaskNotifyTake()
数值/事件xTaskNotify()xTaskNotifyWait()
ISR 计数通知vTaskNotifyGiveFromISR()ulTaskNotifyTake()
ISR 数值通知xTaskNotifyFromISR()xTaskNotifyWait()

核心区别：

ulTaskNotifyTake()
    ↓
把通知值当“计数器”

xTaskNotifyWait()
    ↓
把通知值当“数据/位图”

使用流程

计数通知

1. 创建任务
      ↓
2. 获取目标任务句柄
      ↓
3. 发送通知
   xTaskNotifyGive()
      ↓
4. 目标任务等待
   ulTaskNotifyTake()
      ↓
5. 处理事件

数值通知

1. 创建任务
      ↓
2. 获取目标任务句柄
      ↓
3. 发送数据
   xTaskNotify()
      ↓
4. 目标任务等待
   xTaskNotifyWait()
      ↓
5. 获取通知值
      ↓
6. 根据通知值处理事件

示例：任务发送按键值

发送任务：

void KeyTask(void *pvParameters)
{
    uint8_t key;

    for(;;)
    {
        key = KEY_Scan();

        if(key != 0)
        {
            xTaskNotify(
                DataTaskHandle,
                key,
                eSetValueWithOverwrite
            );
        }

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10));
    }
}

接收任务：

void DataTask(void *pvParameters)
{
    uint32_t notifyValue;

    for(;;)
    {
        if(xTaskNotifyWait(
               0,
               UINT32_MAX,
               &notifyValue,
               portMAX_DELAY) == pdTRUE)
        {
            switch(notifyValue)
            {
                case KEY0_PRES:
                    // 处理 KEY0
                    break;

                case KEY1_PRES:
                    // 处理 KEY1
                    break;

                case WKUP_PRES:
                    // 处理 WKUP
                    break;
            }
        }
    }
}

这里的本质就是：

KeyTask
   │
   │ xTaskNotify(key)
   ↓
DataTask 的通知值
   │
   │ xTaskNotifyWait()
   ↓
根据 key 判断事件

示例：ISR 通知任务

例如串口接收完成后，在 ISR 中通知数据处理任务：

BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

vTaskNotifyGiveFromISR(
    DataProcessTaskHandle,
    &xHigherPriorityTaskWoken
);

portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);

数据处理任务：

void DataProcessTask(void *pvParameters)
{
    for(;;)
    {
        ulTaskNotifyTake(
            pdTRUE,
            portMAX_DELAY
        );

        // 收到通知，处理串口数据
        ProcessData();
    }
}

整个过程：

串口 ISR
   │
   │ vTaskNotifyGiveFromISR()
   ↓
通知 DataProcessTask
   │
   ↓
DataProcessTask 被唤醒
   │
   │ ulTaskNotifyTake()
   ↓
处理数据

这也是任务通知非常典型的使用场景：

ISR 只负责发通知，任务负责真正处理数据。

任务通知与其他通信机制

任务通知最大的特点是：

普通通信机制：

任务
 ↓
Queue / Semaphore / EventGroup
 ↓
任务

而任务通知：

任务
 ↓
直接修改目标任务 TCB
 ↓
目标任务

因此不需要单独创建：

QueueHandle_t
SemaphoreHandle_t
EventGroupHandle_t

通信对象。

这使得任务通知具有：

  • 更少的 RAM 开销
  • 更少的操作步骤
  • 更高的执行效率
  • 特别适合 ISR → Task 通知

但任务通知也有一个重要限制：

一个任务只有一个通知值，因此不适合替代所有通信场景。

例如需要缓存多条独立消息时，仍然应该使用消息队列。

总结

任务通知可以记住下面这张关系：

                任务通知
                   │
          ┌────────┴────────┐
          │                 │
       计数模式           数值/事件模式
          │                 │
          ▼                 ▼
 xTaskNotifyGive()     xTaskNotify()
          │                 │
          ▼                 ▼
ulTaskNotifyTake()    xTaskNotifyWait()
          │                 │
          ▼                 ▼
  信号量/计数器       数据/事件位图

最核心的一句话：

任务通知就是利用目标任务 TCB 中的 32 位通知值，实现任务之间的快速同步和简单数据传递。

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贡献者: 扶柳人间()