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FreeRTOS初步认识

發布時間：2025/7/14 编程问答 16 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 FreeRTOS初步认识小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

源：FreeRTOS初步認識

用了半天時間對FreeRTOS有了一個初步的認識，大概總結一下，其中混雜了系統實現和實際應用方面的問題。

現只是以應用為目的，實現方面待以后進一步研究。

1.FreeRTOS提供的功能包括：任務管理、時間管理、信號量、消息隊列、內存管理。與平臺有關的文件包含在portable文件夾中，主要是port.c, portmacro.h兩個文件。平臺無關的文件主要是：list.c(基本鏈表結構), queue.c(包括消息隊列，信號量的實現), croutine.c,tasks.c(任務管理，時間管理)。

命名協定

RTOS內核與范例程序源代碼使用下面的協定：

變量

char類型的變量以 c 為前綴

short類型的變量以 s 為前綴

long類型的變量以 l 為前綴

float類型的變量以 f 為前綴?
????? double類型的變量以 d 為前綴

枚舉變量以 e 為前綴其他類型（如結構體）以 x 為前綴

指針有一個額外的前綴 p , 例如short類型的指針前綴為 ps

無符號類型的變量有一個額外的前綴 u , 例如無符號short類型的變量前綴為 us

函數
　　文件內部函數以prv為前綴

API函數以其返回值類型為前綴，按照前面對變量的定義
　　函數的名字以其所在的文件名開頭。如vTaskDelete函數在Task.c文件中定義

數據類型

數據類型并不直接在RTOS內核內部引用。相反，每個平臺都有其自身的定義方式。例如，char類型定義為portCHAR，short類型定義為portSHORT等。范例程序源代碼使用的就是這種符號，但這并不是必須的，你可以在你的程序中使用任何你喜歡的符號。
　　此外，有兩種額外的類型要為每種平臺定義。分別是：
　　portTickType

可配置為16位的無符號類型或32位的無符號類型。參考API文檔中的定制部分獲取詳細信息。

portBASE_TYPE

為特定體系定義的最有效率的數據類型。
　　如果portBASE_TYPE定義為char則必須要特別小心的保證用來作為函數返回值的signed char可以為負數，用于指示錯誤。

2. FreeRTOS內核支持優先級調度算法，每個任務可根據重要程度的不同被賦予一定的優先級，CPU總是讓處于就緒態的、優先級最高的任務先運行。FreeRT0S內核同時支持輪換調度算法，系統允許不同的任務使用相同的優先級，在沒有更高優先級任務就緒的情況下，同一優先級的任務共享CPU的使用時間。

3.freertos既可以配置為可搶占內核也可以配置為不可搶占內核。當FreeRTOS被設置為可剝奪型內核時，處于就緒態的高優先級任務能剝奪低優先級任務的CPU使用權，這樣可保證系統滿足實時性的要求；當FreeRTOS被設置為不可剝奪型內核時，處于就緒態的高優先級任務只有等當前運行任務主動釋放CPU的使用權后才能獲得運行，這樣可提高CPU的運行效率。

4.任務管理

系統為每個任務分配一個TCB結構

typedef struct tskTaskControlBlock {volatile portSTACK_TYPE *pxTopOfStack;//指向堆棧頂xListItem xGenericListItem; //通過它將任務連入就緒鏈表或者延時鏈表或者掛起鏈表中， xListItem包含其TCB指針xListItem xEventListItem;//通過它把任務連入事件等待鏈表unsigned portBASE_TYPE uxPriority;//優先級portSTACK_TYPE *pxStack; //指向堆棧起始位置 signed portCHAR pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];//......省略一些次要結構 } tskTCB;

系統的全局變量：

static xList pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ]; 就緒隊列static xList xDelayedTaskList1; static xList xDelayedTaskList2; 兩個延時任務隊列 static xList * volatile pxDelayedTaskList; static xList * volatile pxOverflowDelayedTaskList; 兩個延時隊列的指針，應該是可互換的。static xList xPendingReadyList; static volatile xList xTasksWaitingTermination; 等待結束隊列static volatile unsigned portBASE_TYPE uxTasksDeleted = ( unsigned portBASE_TYPE ) 0; 結束隊列中的個數？？？？？static xList xSuspendedTaskList; 掛起隊列static volatile unsigned portBASE_TYPE uxCurrentNumberOfTasks；記錄了當前系統任務的數目static volatile portTickType xTickCount;是自啟動以來系統運行的ticks數static unsigned portBASE_TYPE uxTopUsedPriority；記錄當前系統中被使用的最高優先級，static volatile unsigned portBASE_TYPE uxTopReadyPriority；記錄當前系統中處于就緒狀態的最高優先級。static volatile signed portBASE_TYPE xSchedulerRunning ;表示當前調度器是否在運行，也即內核是否啟動了

任務建立和刪除，掛起和喚醒

5.時間管理 ?????

操作系統總是需要個時鐘節拍的，這個需要硬件支持。freertos同樣需要一個time tick產生器，通常是用處理器的硬件定時器來實現這個功能。（時間片輪轉調度中和延時時間控制？？）

它周期性的產生定時中斷，所謂的時鐘節拍管理的核心就是這個定時中斷的服務程序。freertos的時鐘節拍isr中除去保存現場，灰度現場這些事情外，核心的工作就是調用vTaskIncrementTick()函數。vTaskIncrementTick()函數主要做兩件事情：維護系統時間（以tick為單位，多少個節拍）；處理那些延時的任務，如果延時到期，則喚醒任務。

任務可用的延時函數：vTaskDelay();vTaskDelayUntil();

特別之處在于vTaskDelayUntil()是一個周期性任務可以利用它可以保證一個固定的（確定的）常數執行頻率，而vTaskDelay()無法保證。

6.任務間的通信（詳見“FreeRTOS任務間通訊”）

1)當然可以用全局變量的形式通信，但是不安全。

2)隊列(xQueueHandle)是FreeRTOS中通信所需的主要數據結構。

3)信號量(xSemaphoreHandle),有二進制信號量，計數信號量和互斥信號量，其都是以隊列為基礎結構建立。

二進制信號量可以用于中斷和任務間的同步。也就是說希望任務隨外部中斷而執行。即外設給出“數據已就緒”信號，系統中斷，任務收到此中斷信號接收數據。

互斥一般用于都共享資源或數據結構的保護。因為任務調度不能保證數據不被破壞。當一個任務需要訪問資源，它必須先獲得 ('take') 令牌；當訪問結束后，它必須釋放令牌 - 允許其他任務能夠訪問這個資源。(對此還有待進一步實驗研究)。

7.系統配置

freeRTOS 配置在：FREERTOS_CONFIG.H 里面，條目如下：?

/* 是否配置成搶先先多任務內核，是1的時候，優先級高的任務優先執行。為0任務就沒有優先級之說，用時間片輪流執行 */

#define configUSE_PREEMPTION??????????????? 1?

/* IDLE任務的HOOK函數，用于OS功能擴展，需要你自己編相應函數，名字是void vApplicationIdleHook( void ) */

#define configUSE_IDLE_HOOK?????????????????? 0????

/* SYSTEM TICK的HOOK函數，用于OS功能擴展，需要你自己編相應函數，名字是 void vApplicationTickHook(void ) */

?#define configUSE_TICK_HOOK???????????????? 0?

/* 系統CPU頻率，單位是Hz */

#define configCPU_CLOCK_HZ????????????????? 58982400?

/* 系統SYSTEM TICK每秒鐘的發生次數，數值越大系統反應越快，但是CPU用在任務切換的開銷就越多 */

#define configTICK_RATE_HZ?????????????????? ?? 250?

/* 系統任務優先級數。5 說明任務有5級優先度。這個數目越大耗費RAM越多 */

#define configMAX_PRIORITIES????????????????????? 5??

/* 系統最小堆棧尺寸，注意128不是128字節，而是128個入棧。比如ARM32位，128個入棧就是512字節 */?

#define configMINIMAL_STACK_SIZE??????????? 128?

/* 系統可用內存。一般設成除了操作系統和你的程序所用RAM外的最大RAM。比如20KRAM你用了2K，系統用了3K，剩下15就是最大HEAP 尺寸。你可以先設小然后看編譯結果往大里加*/

#define configTOTAL_HEAP_SIZE?????????????????????? 10240

/* 任務的PC名字最大長度，因為函數名編譯完了就不見了，所以追蹤時不知道哪個名字。16表示16個char */

#define configMAX_TASK_NAME_LEN???????????? 16

/* 是否設定成追蹤，由PC端TraceCon.exe記錄，也可以轉到系統顯示屏上 */

#define configUSE_TRACE_FACILITY???????????????? ?0

/* 就是SYSTEM TICK的長度，16是16位，如果是16位以下CPU，一般選1；如果是32位系統，一般選0 */

#define configUSE_16_BIT_TICKS????????????????????????? 0

/* 簡單理解以下就是和IDLE TASK同樣優先級的任務執行情況。建議設成1，對系統影響不大 */

#define configIDLE_SHOULD_YIELD???????????????????? 1

/* 是否用MUTEXES。 MUTEXES是任務間通訊的一種方式，特別是用于任務共享資源的應用，比如打印機，任務A用的時候就排斥別的任務應用，用完了別的任務才可以應用 */

#define configUSE_MUTEXES??????????????????????????????? ???? 0??

/* ?確定是否用遞歸式的MUTEXES */

#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES????????????? 0

/* 是否用計數式的SEMAPHORES，SEMAPHORES也是任務間通訊的一種方式 */

#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES?????? 0

/* 是否應用可切換式的API。freeRTOS 同一功能API有多個，有全功能但是需求資源和時間較多的，此項使能后就可以用較簡單的API，節省資源和時間，但是應用限制較多 */

#define configUSE_ALTERNATIVE_API????????????????????? ?0

?/* 此項用于DEBUG，來看是否有棧溢出，需要你自己編相應檢查函數void vApplicationStackOverflowHook(xTaskHandle *pxTask, signed portCHAR *pcTaskName )? */

#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW????? 0

/* 用于DEBUG，登記SEMAPHORESQ和QUEUE的最大個數，需要在任務用應用函數vQueueAddToRegistry()和vQueueUnregisterQueue()? */

#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE??????????????????????? 10?

?/* 設定可以改變任務優先度 */

?#define INCLUDE_vTaskPrioritySet????????????????????????????? ?1

?/* 設定可以查詢任務優先度 */

#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet???????????????????????????? ?1

?/* 設定可以刪除任務 */

?#define INCLUDE_vTaskDelete?????????????????????????????????????? 1????

/* 據說是可以回收刪除任務后的資源（RAM等）*/

?#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources???????????????? 0?

/* 設置可以把任務掛起 */

#define INCLUDE_vTaskSuspend?????????????????????????????????????1?

/* 設置可以從中斷恢復（比如系統睡眠，由中斷喚醒 */

#define INCLUDE_vResumeFromISR?????????????????????????????? ?1?

?/* 設置任務延遲的絕對時間，比如現在4：30，延遲到5：00。時間都是絕對時間 */

#define INCLUDE_vTaskDelayUntil????????????????????????????????? 1?

?/* 設置任務延時，比如延遲30分鐘，相對的時間，現在什么時間，不需要知道 */

#define INCLUDE_vTaskDelay???????????????????????????????????????????1??

/* 設置取得當前任務分配器的狀態 */

#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState????????????????????? 1

/* 設置當前任務是由哪個任務開啟的 */

#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle????????????? 1?

/* 是否使能這一函數，還數的目的是返回任務執行后任務堆棧的最小未用數量，同樣是為防止堆棧溢出 */

#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark?????? 0?

/* 是用用協程。協程公用堆棧，節省RAM，但是沒有任務優先級高，也無法和任務通訊 */

#define configUSE_CO_ROUTINES?????????????????????????????????? 0???

?/* 所有協程的最大優先級數，協程優先級永遠低于任務。就是系統先執行任務，所有任務執行完了才執行協程。*/

#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES????????? 1?

/*? 系統內核的中斷優先級，中斷優先級越低，越不會影響其他中斷。一般設成最低 */

#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY??????????? [dependent of processor]?

/* 系統SVC中斷優先級，這兩項都在在M3和PIC32上應用 */

#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY??[dependent on processor and application]?

#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

一般來說，如果用不上的功能都要設成0，可以減少代碼和資源。

轉載于:https://www.cnblogs.com/LittleTiger/p/4907268.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的FreeRTOS初步认识的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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