Task Notification は、FreeRTOS に標準搭載されている
最も軽量なタスク間同期機構です。

本記事では、ESP32（ESP-IDF）環境を前提に、

Task Notification の役割
内部構造（なぜ軽いのか）
Semaphore / EventGroup との違い
実際に動く最小サンプル
主要APIの使い方
設計時の注意点

までを体系的に解説します。

この記事でわかること

FreeRTOS における Task Notification の位置づけ
なぜ「最軽量」と言われるのか（TCB内部構造）
ISRから高速にタスクを起こす方法
実装パターンと落とし穴

こんな方におすすめ

ESP32 × FreeRTOS でタスク設計をしている
ISRからタスクを安全かつ高速に起こしたい
Semaphoreより軽量な仕組みを探している
FreeRTOSの内部動作まで理解したい

Task Notification とは

FreeRTOS の Task Notification（タスク通知） は、1 対 1 のタスク同期をシンプルに実現するための最軽量機構です。本質的には「あるタスクにイベントを送信し、待っているタスクを起床させる」ための仕組みになります。

主な特徴：

1対1の通知機構
待機中はCPUを消費しない（ブロック状態）
各タスクは 32bit の通知値を保持
カウント／ビット／値として利用可能

単純な「合図」用途において、最も効率的な手段です。

Task Notification の内部構造

なぜ「最軽量」と言われるのか？

Task Notification が軽量と言われる理由は、
通知は Task Control Block（TCB）に内蔵されているから。
Semaphore や Queue は、生成時にヒープ上へ制御構造体を確保します。
一方、Task Notification は違います。

TCBに組み込まれている通知領域

各タスクのTCBにはあらかじめ以下が存在します。

32bit の通知値
通知状態フラグ

追加オブジェクトは不要です。

TCBのイメージ

TCB
├─ スタック情報
├─ 優先度
├─ 状態
├─ 通知値（32bit）
└─ 通知状態

つまり、
Notification = TCB内部の整数更新のみ
これが高速かつ軽量である本質です。

Queueとの動作差

Queueの場合：

キュー構造体操作
データコピー
バッファ管理

Notificationの場合：

TCB内の値更新
状態変更
Readyリスト移動

コピー処理がないため、ISRとの相性が非常に良いです。

Semaphore / EventGroup との違い

手段	特徴	典型用途
Task Notification	1 対 1 の起床・合図に最適（最軽量）	ISR → タスク起床、フラグ待ち
Semaphore	共有資源 / 排他制御	共有リソースのアクセス制御
EventGroup	複数フラグの AND/OR 待ち	複数イベントの組合せ待ち

単純な「合図」ならNotificationが最適です。

最小サンプル：通知でタスクを起こす（ESP32）

やりたいこと

SenderTask：一定間隔で通知を送信
ReceiverTask：通知を待ち、来たら処理する

実装例（ESP-IDF）

include<cstdio>
include "freertos/FreeRTOS.h"
include "freertos/task.h"

static TaskHandle_t receiverHandle = NULL;

static void SenderTask(void *pv)
{
for (;;) {
xTaskNotifyGive(receiverHandle);
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)); // 500msごと
}
}

static void ReceiverTask(void *pv)
{
for (;;) {
uint32_t count = ulTaskNotifyTake(pdTRUE, portMAX_DELAY);
printf("[Receiver] notified! count=%u\n", (unsigned)count);
}
}

extern "C" void app_main(void)
{
xTaskCreate(ReceiverTask, "ReceiverTask", 2048, NULL, 5, &receiverHandle);
xTaskCreate(SenderTask, "SenderTask", 2048, NULL, 5, NULL);
}

動作ポイント

xTaskNotifyGive() が通知（カウント +1）を送信
ulTaskNotifyTake() で通知を待つ（CPU 負荷なし）
待機中に通知が来ると ReceiverTask が起動

主要 API

xTaskNotifyGive（通知する）

BaseType_t xTaskNotifyGive( TaskHandle_t xTaskToNotify );

役割：指定したタスクに通知（カウント +1）を送る
引数
- 第1引数：通知先のタスクハンドル
戻り値
- pdPASS：通知成功
- errQUEUE_FULL：通知失敗（通知が既に最大値）

ulTaskNotifyTake（通知待ち）

uint32_t ulTaskNotifyTake( BaseType_t xClearCountOnExit, TickType_t xTicksToWait );

役割：タスク通知を待ち受ける（ブロック可能）
引数
- 第1引数：終了時にカウントをクリアするか
  - pdTRUE：0 にクリア
  - pdFALSE：デクリメントのみ
- 第2引数：待ち時間（Tick）
  - 0：待たない
  - portMAX_DELAY：通知が来るまで待つ
戻り値
- 成功：受信した通知カウント値
- 失敗：0（タイムアウト）

xTaskNotify / xTaskNotifyWait（値/ビット付き通知）

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

役割：値やビットを指定して通知する
引数
- 第1引数：通知先タスクハンドル
- 第2引数：通知値
- 第3引数：通知動作
  - eSetBits：ビットOR
  - eIncrement：インクリメント
  - eSetValueWithOverwrite：上書き
  - eSetValueWithoutOverwrite：未通知時のみ上書き
戻り値
- pdPASS：成功
- pdFAIL：失敗

vTaskNotifyGiveFromISR()（ISRから通知する）

ISR からタスク通知を送る場合は、専用 API を使います。

void vTaskNotifyGiveFromISR( TaskHandle_t xTaskToNotify,
                             BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );

役割：割り込み（ISR）から指定タスクへ通知（カウント +1）を送る
引数
- 第1引数：通知先タスクハンドル
- 第2引数：優先度の高いタスクが起床したかを受け取るポインタ
  - pdTRUE が入った場合はコンテキストスイッチ要求が必要
戻り値
- なし

設計のコツと注意点

注意 1：1 対 1 が基本

Task Notification は 1つのタスクを対象とする仕組みです。複数タスクへの通知や共有が必要な場合は別の同期手段（Queue / EventGroup）を検討してください。

注意 2：用途に応じた API 選択

「単純な起床合図」なら xTaskNotifyGive() / ulTaskNotifyTake()
「値・フラグ付き制御」なら xTaskNotify() / xTaskNotifyWait()
「ISR からの通知」には FromISR 系を使用

どのタスク間通知を使うべきか

1対1の高速起床 → Task Notification
データ転送 → StreamBuffer
複数イベント待ち → EventGroup
排他制御 → Mutex

用途に応じた使い分けが重要です。

まとめ

Task Notification は、

TCB内蔵の通知機構
追加メモリ不要
ISRとの相性が非常に良い
1対1同期に最適

FreeRTOS設計において、
「まず検討すべき軽量同期手段」と言えます。

内部構造を理解することで、
より効率的なリアルタイム設計が可能になります。

ESP32 × FreeRTOS：Task Notificationとは？内部構造から理解する最軽量タスク間同期（ESP32 / ESP-IDF）