在ESP32上充分利用双核的FreeRTOS多核编程

在ESP32上充分利用双核的FreeRTOS多核编程

介绍

ESP32是一款功能强大的Wi-Fi和蓝牙双模芯片，内置两个处理核心（核心0和核心1）。FreeRTOS作为ESP32的操作系统，提供了多任务支持，可以使得这两个核心同时工作，双核，包含核心0（CPU0）和核心1（CPU1），在不使用freeRTOS情况下程序是跑在核心1上，而核心2主要运行WIFI和bluetooth，如果我们的项目不频繁使用WIFI蓝牙，建议使用多核工作模式，提高我们单片机性能。

为什么使用双核？

利用双核的优势主要有以下几点：

1. 提高性能： 在两个核心上同时执行任务，可以显著提高系统整体性能，尤其是在需要执行大量计算任务或者对实时性要求较高的场景下。

2. 实现并行处理： 可以将不同的任务分配到不同的核心上，实现并行处理，提高系统的响应速度。

3. 降低功耗： 在低功耗应用场景下，将任务分散到不同核心上运行，可以通过灵活的控制核心的工作状态来实现功耗的降低。

在ESP32上使用双核的步骤

步骤1：定义任务函数

定义将在各个核心上运行的任务函数。每个任务函数中可以包含不同的逻辑，根据需要进行处理。

void taskCore0(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // 核心0的任务逻辑
    vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
  }
}

void taskCore1(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // 核心1的任务逻辑
    vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
  }
}

步骤2：创建并分配任务到核心

在 setup 函数中，通过 xTaskCreatePinnedToCore 函数创建任务，并指定任务分配到的核心。

void setup() {
  xTaskCreatePinnedToCore(taskCore0, "TaskCore0", 4096, NULL, 1, NULL, 0);
  xTaskCreatePinnedToCore(taskCore1, "TaskCore1", 4096, NULL, 1, NULL, 1);
}

步骤3：启动FreeRTOS调度器

在 setup 函数的最后，通过 vTaskStartScheduler 启动FreeRTOS调度器。在调度器开始运行后，任务将在各自的核心上并行执行。

void setup() {
  // ... （省略其他代码）

  vTaskStartScheduler();
}

验证结果

在每个任务中用串口打印一下此时所用的核心,用xPortGetCoreID()这个函数来获取当前运行的核心

void taskCore0(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // 核心0的任务逻辑
    vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    Serial.println(xPortGetCoreID());
  }
}

void taskCore1(void *pvParameters) {
  while (1) {
    // 核心1的任务逻辑
    vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    Serial.println(xPortGetCoreID());
  }
}

结果如我们所料，两个核心交替运行

需要注意

xTaskCreate() 和 xTaskCreatePinnedToCore() 都是FreeRTOS中用于创建任务的函数，它们的主要区别在于任务被调度到哪个核心上运行。

1. xTaskCreate()：

   • 这是最基本的任务创建函数，任务将由FreeRTOS调度器分配到可用的核心上运行。
   • 调用形式：xTaskCreate(taskFunction, taskName, stackDepth, parameters, priority, taskHandle)。
   • 这个函数不指定任务运行在哪个核心上，FreeRTOS调度器将根据系统负载和可用资源自动分配任务到不同的核心。

2. xTaskCreatePinnedToCore()：

   • 这个函数与xTaskCreate()相似，但是允许你明确指定任务应该被调度到哪个核心上运行。
   • 调用形式：xTaskCreatePinnedToCore(taskFunction, taskName, stackDepth, parameters, priority, taskHandle, coreID)。
   • coreID 参数用于指定任务应该运行在哪个核心，0表示核心0，1表示核心1。

使用 xTaskCreatePinnedToCore() 可以更为精细地控制任务的分配，在利用ESP32的双核特性时。可以根据任务的性质和系统负载，将不同的任务分配到不同的核心上，以达到更好的性能和资源利用率。

总体来说，如果不需要显式指定任务运行在哪个核心上，xTaskCreate() 就足够了。而如果需要更精细的控制，或者利用ESP32的双核，使用 xTaskCreatePinnedToCore()。

总结

通过充分利用ESP32的双核，可以在不同的核心上运行不同的任务，提高系统性能和响应速度。在项目中，可以根据具体需求合理规划任务分配，达到最佳的多核利用效果。同时，在低功耗应用中，通过任务分配和控制核心工作状态，可以有效地实现功耗的优化。在ESP32上使用双核是一种高效的多核编程方式，值得开发者深入学习和应用。