Como Criar Tarefas e Soft Timers no FreeRTOS: Guia Prático e Didático para Sistemas Embarcados

Conceito de Tarefas no FreeRTOS e Estrutura Básica

Em um RTOS (Real-Time Operating System), o conceito central não é mais o superloop, mas sim a tarefa (task). Uma tarefa representa uma unidade independente de execução, com seu próprio contexto de CPU (registradores), sua própria pilha (stack) e um estado bem definido dentro do escalonador (scheduler). No FreeRTOS, tarefas são implementadas como funções C que nunca retornam, pois o controle do fluxo de execução é feito exclusivamente pelo kernel.

Do ponto de vista conceitual, uma tarefa pode ser vista como uma thread cooperativa/preemptiva, dependendo da configuração do sistema. O FreeRTOS utiliza escalonamento preemptivo por prioridade (opcionalmente cooperativo), onde a tarefa de maior prioridade pronta para execução assume o processador. Isso permite modelar sistemas embarcados de forma mais determinística, separando claramente aquisição de dados, processamento, comunicação e controle.

Assinatura de uma tarefa no FreeRTOS

Toda tarefa no FreeRTOS segue a mesma assinatura básica:

void vMinhaTarefa(void *pvParameters)
{
    for (;;)
    {
        /* Código da tarefa */
    }
}

void vMinhaTarefa(void *pvParameters)
{
    for (;;)
    {
        /* Código da tarefa */
    }
}

Alguns pontos importantes que merecem atenção:

• A função não deve retornar.
• O parâmetro pvParameters é um ponteiro genérico (void*) que permite passar dados para a tarefa no momento da criação.
• O loop infinito não é opcional: ele garante que a tarefa continue viva enquanto o sistema estiver em execução.
• Bloqueios devem ser feitos usando primitivas do RTOS (como vTaskDelay()), nunca com busy wait.

Criação de tarefas com xTaskCreate()

A API clássica para criação dinâmica de tarefas no FreeRTOS é a função xTaskCreate():

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pxTaskCode,
    const char * const pcName,
    const uint16_t usStackDepth,
    void * const pvParameters,
    UBaseType_t uxPriority,
    TaskHandle_t * const pxCreatedTask
);

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pxTaskCode,
    const char * const pcName,
    const uint16_t usStackDepth,
    void * const pvParameters,
    UBaseType_t uxPriority,
    TaskHandle_t * const pxCreatedTask
);

Vamos detalhar cada parâmetro com precisão técnica:

• pxTaskCode
  Ponteiro para a função que implementa a tarefa.
• pcName
  Nome simbólico da tarefa. Útil para debug, trace e ferramentas como FreeRTOS+Trace.
• usStackDepth
  Tamanho da pilha da tarefa em palavras, não em bytes.
  Em arquiteturas 32 bits (como Cortex-M), 1 palavra = 4 bytes.
• pvParameters
  Ponteiro genérico para dados passados à tarefa.
• uxPriority
  Prioridade da tarefa. Quanto maior o valor, maior a prioridade.
• pxCreatedTask
  Retorna um handle da tarefa criada, usado para controle posterior (suspender, deletar, notificar etc.).

Exemplo prático: tarefa de LED

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

void vTaskBlink(void *pvParameters)
{
    (void) pvParameters;

    for (;;)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

void app_main(void)
{
    xTaskCreate(
        vTaskBlink,
        "Blink",
        128,
        NULL,
        1,
        NULL
    );

    vTaskStartScheduler();
}

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

void vTaskBlink(void *pvParameters)
{
    (void) pvParameters;

    for (;;)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC, GPIO_PIN_13);
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    }
}

void app_main(void)
{
    xTaskCreate(
        vTaskBlink,
        "Blink",
        128,
        NULL,
        1,
        NULL
    );

    vTaskStartScheduler();
}

Nesse exemplo:

• A tarefa vTaskBlink executa periodicamente a cada 500 ms.
• vTaskDelay() coloca a tarefa no estado Blocked, liberando a CPU para outras tarefas.
• pdMS_TO_TICKS() converte tempo em milissegundos para ticks do sistema, respeitando configTICK_RATE_HZ.

Estados de uma tarefa no FreeRTOS

Internamente, o kernel gerencia cada tarefa em um dos seguintes estados principais:

• Running – tarefa atualmente em execução.
• Ready – pronta para executar, aguardando CPU.
• Blocked – aguardando tempo, evento ou recurso.
• Suspended – explicitamente suspensa pelo usuário.
• Deleted – removida do sistema.

A criação correta das tarefas e o uso adequado de delays e sincronização é o que garante previsibilidade temporal, baixo consumo de CPU e bom comportamento em sistemas embarcados complexos.

Perfeito, vamos avançar mantendo o mesmo rigor técnico e didático.