FreeRTOS 初步认识.docx

FreeRTOS 初步认识.docx

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用了半天时间对FreeRTOS有了一个初步的认识，大概总结一下，其中混杂了系统实现和实际应用方面的问题。

现只是以应用为目的，实现方面待以后进一步研究。

1.FreeRTOS提供的功能包括：

任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。

与平台有关的文件包含在portable文件夹中，主要是port.c,portmacro.h两个文件。

平台无关的文件主要是：

list.c（基本链表结构）,queue.c（包括消息队列，信号量的实现）,croutine.c,tasks.c（任务管理，时间管理）。

命名协定

RTOS内核与范例程序源代码使用下面的协定：

变量 

char类型的变量以 c 为前缀 

short类型的变量以 s 为前缀 

long类型的变量以 l 为前缀 

float类型的变量以 f 为前缀

用了半天时间对FreeRTOS有了一个初步的认识，大概总结一下，其中混杂了系统实现和实际应用方面的问题。

现只是以应用为目的，实现方面待以后进一步研究。

1.FreeRTOS提供的功能包括：

任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。

与平台有关的文件包含在portable文件夹中，主要是port.c,portmacro.h两个文件。

平台无关的文件主要是：

list.c（基本链表结构）,queue.c（包括消息队列，信号量的实现）,croutine.c,tasks.c（任务管理，时间管理）。

命名协定

RTOS内核与范例程序源代码使用下面的协定：

变量 

char类型的变量以 c 为前缀 

short类型的变量以 s 为前缀 

long类型的变量以 l 为前缀 

float类型的变量以 f 为前缀 

double类型的变量以 d 为前缀 

枚举变量以 e 为前缀 

其他类型（如结构体）以 x 为前缀 

指针有一个额外的前缀 p, 例如short类型的指针前缀为 ps 

无符号类型的变量有一个额外的前缀 u, 例如无符号short类型的变量前缀为 us 

函数 

文件内部函数以prv为前缀 

API函数以其返回值类型为前缀，按照前面对变量的定义 

函数的名字以其所在的文件名开头。

如vTaskDelete函数在Task.c文件中定义 

数据类型

数据类型并不直接在RTOS内核内部引用。

相反，每个平台都有其自身的定义方式。

例如，char类型定义为portCHAR，short类型定义为portSHORT等。

范例程序源代码使用的就是这种符号，但这并不是必须的，你可以在你的程序中使用任何你喜欢的符号。

此外，有两种额外的类型要为每种平台定义。

分别是：

portTickType

可配置为16位的无符号类型或32位的无符号类型。

参考API文档中的定制部分获取详细信息。

portBASE_TYPE

为特定体系定义的最有效率的数据类型。

如果portBASE_TYPE定义为char则必须要特别小心的保证用来作为函数返回值的signedchar可以为负数，用于指示错误。

2.FreeRTOS内核支持优先级调度算法，每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级，CPU总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。

FreeRT0S内核同时支持轮换调度算法，系统允许不同的任务使用相同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务共享CPU的使用时间。

3.freertos既可以配置为可抢占内核也可以配置为不可抢占内核。

当FreeRTOS被设置为可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务能剥夺低优先级任务的CPU使用权，这样可保证系统满足实时性的要求；当FreeRTOS被设置为不可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务只有等当前运行任务主动释放CPU的使用权后才能获得运行，这样可提高CPU的运行效率。

4.任务管理

系统为每个任务分配一个TCB结构

typedefstructtskTaskControlBlock

{

volatileportSTACK_TYPE*pxTopOfStack;//指向堆栈顶

xListItemxGenericListItem;//通过它将任务连入就绪链表或者延时链表或者挂起链表中， xListItem包含其TCB指针

xListItemxEventListItem;//通过它把任务连入事件等待链表

unsignedportBASE_TYPEuxPriority;//优先级

portSTACK_TYPE*pxStack;//指向堆栈起始位置

signedportCHARpcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN];

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

省略一些次要结构

}tskTCB;

系统的全局变量：

staticxListpxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES]; 就绪队列

staticxListxDelayedTaskList1;

staticxListxDelayedTaskList2; 两个延时任务队列

staticxList*volatilepxDelayedTaskList;

staticxList*volatilepxOverflowDelayedTaskList; 两个延时队列的指针，应该是可互换的。

staticxListxPendingReadyList;

staticvolatilexListxTasksWaitingTermination; 等待结束队列

staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTasksDeleted=（unsignedportBASE_TYPE）0; 结束队列中的个数？

？

？

？

？

staticxListxSuspendedTaskList; 挂起队列

staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxCurrentNumberOfTasks；记录了当前系统任务的数目

staticvolatileportTickTypexTickCount;是自启动以来系统运行的ticks数

staticunsignedportBASE_TYPEuxTopUsedPriority；记录当前系统中被使用的最高优先级，

staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTopReadyPriority；记录当前系统中处于就绪状态的最高优先级。

staticvolatilesignedportBASE_TYPExSchedulerRunning;表示当前调度器是否在运行，也即内核是否启动了

任务建立和删除，挂起和唤醒

5.时间管理

操作系统总是需要个时钟节拍的，这个需要硬件支持。

freertos同样需要一个timetick产生器，通常是用处理器的硬件定时器来实现这个功能。

（时间片轮转调度中和延时时间控制？

？

）

它周期性的产生定时中断，所谓的时钟节拍管理的核心就是这个定时中断的服务程序。

freertos的时钟节拍isr中除去保存现场，灰度现场这些事情外，核心的工作就是调用vTaskIncrementTick（）函数。

vTaskIncrementTick（）函数主要做两件事情：

维护系统时间（以tick为单位，多少个节拍）；处理那些延时的任务，如果延时到期，则唤醒任务。

任务可用的延时函数：

vTaskDelay（）;vTaskDelayUntil（）;

特别之处在于vTaskDelayUntil（）是一个周期性任务可以利用它可以保证一个固定的（确定的）常数执行频率，而vTaskDelay（）无法保证。

6.任务间的通信（详见“FreeRTOS任务间通讯”）

1）当然可以用全局变量的形式通信，但是不安全。

2）队列（xQueueHandle）是FreeRTOS中通信所需的主要数据结构。

3）信号量（xSemaphoreHandle）,有二进制信号量，计数信号量和互斥信号量，其都是以队列为基础结构建立。

二进制信号量可以用于中断和任务间的同步。

也就是说希望任务随外部中断而执行。

即外设给出“数据已就绪”信号，系统中断，任务收到此中断信号接收数据。

互斥一般用于都共享资源或数据结构的保护。

因为任务调度不能保证数据不被破坏。

当一个任务需要访问资源，它必须先获得 （'take'） 令牌；当访问结束后，它必须释放令牌 -允许其他任务能够访问这个资源。

（对此还有待进一步实验研究）。

7.系统配置

freeRTOS 配置在：

FREERTOS_CONFIG.H 里面，条目如下：

/* 是否配置成抢先先多任务内核，是1的时候，优先级高的任务优先执行。

为0任务就没有优先级之说，用时间片轮流执行 */

#defineconfigUSE_PREEMPTION1

/*IDLE任务的HOOK函数，用于OS功能扩展，需要你自己编相应函数，名字是voidvApplicationIdleHook（void）*/

#defineconfigUSE_IDLE_HOOK0

/*SYSTEMTICK的HOOK函数，用于OS功能扩展，需要你自己编相应函数，名字是 voidvApplicationTickHook（void）*/

#defineconfigUSE_TICK_HOOK0

/* 系统CPU频率，单位是Hz*/

#defineconfigCPU_CLOCK_HZ58982400

/* 系统SYSTEMTICK每秒钟的发生次数，数值越大系统反应越快，但是CPU用在任务切换的开销就越多 */

#defineconfigTICK_RATE_HZ250

/* 系统任务优先级数。

5 说明任务有5级优先度。

这个数目越大耗费RAM越多 */

#defineconfigMAX_PRIORITIES5

/* 系统最小堆栈尺寸，注意128不是128字节，而是128个入栈。

比如ARM32位，128个入栈就是512字节 */

#defineconfigMINIMAL_STACK_SIZE128

/* 系统可用内存。

一般设成除了操作系统和你的程序所用RAM外的最大RAM。

比如20KRAM你用了2K，系统用了3K，剩下15就是最大HEAP 尺寸。

你可以先设小然后看编译结果往大里加*/

#defineconfigTOTAL_HEAP_SIZE10240

/* 任务的PC名字最大长度，因为函数名编译完了就不见了，所以追踪时不知道哪个名字。

16表示16个char*/

#defineconfigMAX_TASK_NAME_LEN16

/* 是否设定成追踪，由PC端TraceCon.exe记录，也可以转到系统显示屏上 */

#defineconfigUSE_TRACE_FACILITY0

/* 就是SYSTEMTICK的长度，16是16位，如果是16位以下CPU，一般选1；如果是32位系统，一般选0*/

#defineconfigUSE_16_BIT_TICKS0

/* 简单理解以下就是和IDLETASK同样优先级的任务执行情况。

建议设成1，对系统影响不大 */

#defineconfigIDLE_SHOULD_YIELD1

/* 是否用MUTEXES。

 MUTEXES是任务间通讯的一种方式，特别是用于任务共享资源的应用，比如打印机，任务A用的时候就排斥别的任务应用，用完了别的任务才可以应用 */

#defineconfigUSE_MUTEXES0

/* 确定是否用递归式的MUTEXES*/

#defineconfigUSE_RECURSIVE_MUTEXES0

/* 是否用计数式的SEMAPHORES，SEMAPHORES也是任务间通讯的一种方式 */

#defineconfigUSE_COUNTING_SEMAPHORES0

/* 是否应用可切换式的API。

freeRTOS 同一功能API有多个，有全功能但是需求资源和时间较多的，此项使能后就可以用较简单的API，节省资源和时间，但是应用限制较多 */

#defineconfigUSE_ALTERNATIVE_API0

/* 此项用于DEBUG，来看是否有栈溢出，需要你自己编相应检查函数voidvApplicationStackOverflowHook（xTaskHandle*pxTask,signedportCHAR*pcTaskName）*/

#defineconfigCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW0

/* 用于DEBUG，登记SEMAPHORESQ和QUEUE的最大个数，需要在任务用应用函数vQueueAddToRegistry（）和vQueueUnregisterQueue（）*/

#defineconfigQUEUE_REGISTRY_SIZE10

/* 设定可以改变任务优先度 */

#defineINCLUDE_vTaskPrioritySet1

/* 设定可以查询任务优先度 */

#defineINCLUDE_uxTaskPriorityGet1

/* 设定可以删除任务 */

#defineINCLUDE_vTaskDelete1

/* 据说是可以回收删除任务后的资源（RAM等）*/

#defineINCLUDE_vTaskCleanUpResources0

/* 设置可以把任务挂起 */

#defineINCLUDE_vTaskSuspend1

/* 设置可以从中断恢复（比如系统睡眠，由中断唤醒 */

#defineINCLUDE_vResumeFromISR1

/* 设置任务延迟的绝对时间，比如现在4：

30，延迟到5：

00。

时间都是绝对时间 */

#defineINCLUDE_vTaskDelayUntil1

/* 设置任务延时，比如延迟30分钟，相对的时间，现在什么时间，不需要知道 */

#defineINCLUDE_vTaskDelay1

/* 设置取得当前任务分配器的状态 */

#defineINCLUDE_xTaskGetSchedulerState1

/* 设置当前任务是由哪个任务开启的 */

#defineINCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle1

/* 是否使能这一函数，还数的目的是返回任务执行后任务堆栈的最小未用数量，同样是为防止堆栈溢出 */

#defineINCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark0

/* 是用用协程。

协程公用堆栈，节省RAM，但是没有任务优先级高，也无法和任务通讯 */

#defineconfigUSE_CO_ROUTINES0

/* 所有协程的最大优先级数，协程优先级永远低于任务。

就是系统先执行任务，所有任务执行完了才执行协程。

*/

#defineconfigMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES1

/* 系统内核的中断优先级，中断优先级越低，越不会影响其他中断。

一般设成最低 */

#defineconfigKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY[dependentofprocessor]

/* 系统SVC中断优先级，这两项都在在M3和PIC32上应用 */

#defineconfigMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY[dependentonprocessorandapplication]

#endif/*FREERTOS_CONFIG_H*/

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：

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用了半天时间对FreeRTOS有了一个初步的认识，大概总结一下，其中混杂了系统实现和实际应用方面的问题。

现只是以应用为目的，实现方面待以后进一步研究。

1.FreeRTOS提供的功能包括：

任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。

与平台有关的文件包含在portable文件夹中，主要是port.c,portmacro.h两个文件。

平台无关的文件主要是：

list.c（基本链表结构）,queue.c（包括消息队列，信号量的实现）,croutine.c,tasks.c（任务管理，时间管理）。

命名协定

RTOS内核与范例程序源代码使用下面的协定：

变量 

char类型的变量以 c 为前缀 

short类型的变量以 s 为前缀 

long类型的变量以 l 为前缀 

float类型的变量以 f 为前缀

用了半天时间对FreeRTOS有了一个初步的认识，大概总结一下，其中混杂了系统实现和实际应用方面的问题。

现只是以应用为目的，实现方面待以后进一步研究。

1.FreeRTOS提供的功能包括：

任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。

与平台有关的文件包含在portable文件夹中，主要是port.c,portmacro.h两个文件。

平台无关的文件主要是：

list.c（基本链表结构）,queue.c（包括消息队列，信号量的实现）,croutine.c,tasks.c（任务管理，时间管理）。

命名协定

RTOS内核与范例程序源代码使用下面的协定：

变量 

char类型的变量以 c 为前缀 

short类型的变量以 s 为前缀 

long类型的变量以 l 为前缀 

float类型的变量以 f 为前缀 

double类型的变量以 d 为前缀 

枚举变量以 e 为前缀 

其他类型（如结构体）以 x 为前缀 

指针有一个额外的前缀 p, 例如short类型的指针前缀为 ps 

无符号类型的变量有一个额外的前缀 u, 例如无符号short类型的变量前缀为 us 

函数 

文件内部函数以prv为前缀 

API函数以其返回值类型为前缀，按照前面对变量的定义 

函数的名字以其所在的文件名开头。

如vTaskDelete函数在Task.c文件中定义 

数据类型

数据类型并不直接在RTOS内核内部引用。

相反，每个平台都有其自身的定义方式。

例如，char类型定义为portCHAR，short类型定义为portSHORT等。

范例程序源代码使用的就是这种符号，但这并不是必须的，你可以在你的程序中使用任何你喜欢的符号。

此外，有两种额外的类型要为每种平台定义。

分别是：

portTickType

可配置为16位的无符号类型或32位的无符号类型。

参考API文档中的定制部分获取详细信息。

portBASE_TYPE

为特定体系定义的最有效率的数据类型。

如果portBASE_TYPE定义为char则必须要特别小心的保证用来作为函数返回值的signedchar可以为负数，用于指示错误。

2.FreeRTOS内核支持优先级调度算法，每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级，CPU总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。

FreeRT0S内核同时支持轮换调度算法，系统允许不同的任务使用相同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务共享CPU的使用时间。

3.freertos既可以配置为可抢占内核也可以配置为不可抢占内核。

当FreeRTOS被设置为可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务能剥夺低优先级任务的CPU使用权，这样可保证系统满足实时性的要求；当FreeRTOS被设置为不可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务只有等当前运行任务主动释放CPU的使用权后才能获得运行，这样可提高CPU的运行效率。

4.任务管理

系统为每个任务分配一个TCB结构

typedefstructtskTaskControlBlock

{

volatileportSTACK_TYPE*pxTopOfStack;//指向堆栈顶

xListItemxGenericListItem;//通过它将任务连入就绪链表或者延时链表或者挂起链表中， xListItem包含其TCB指针

xListItemxEventListItem;//通过它把任务连入事件等待链表

unsignedportBASE_TYPEuxPriority;//优先级

portSTACK_TYPE*pxStack;//指向堆栈起始位置

signedportCHARpcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN];

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

省略一些次要结构

}tskTCB;

系统的全局变量：

staticxListpxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES]; 就绪队列

staticxListxDelayedTaskList1;

staticxListxDelayedTaskList2; 两个延时任务队列

staticxList*volatilepxDelayedTaskList;

staticxList*volatilepxOverflowDelayedTaskList; 两个延时队列的指针，应该是可互换的。

staticxListxPendingReadyList;

staticvolatilexListxTasksWaitingTermination; 等待结束队列

staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTasksDeleted=（unsignedportBASE_TYPE）0; 结束队列中的个数？

？

？

？

？

staticxListxSuspendedTaskList; 挂起队列

staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxCurrentNumberOfTasks；记录了当前系统任务的数目

staticvolatileportTickTypexTickCount;是自启动以来系统运行的ticks数

staticunsignedportBASE_TYPEuxTopUsedPriority；记录当前系统中被使用的最高优先级，

staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTopReadyPriority；记录当前系统中处于就绪状态的最高优先级。

staticvolatilesignedportBASE_TYPExSchedulerRunning;表示当前调度器是否在运行，也即内核是否启动了

任务建立和删除，挂起和唤醒

5.时间管理

操作系统总是需要个时钟节拍的，这个需要硬件支持。

freertos同样需要一个timetick产生器，通常是用处理器的硬件定时器来实现这个功能。

（时间片轮转调度中和延时时间控制？

？

）

它周期性的产生定时中断，所谓的时钟节拍管理的核心就是这个定时中断的服务程序。

freertos的时钟节拍isr中除去保存现场，灰度现场这些事情外，核心的工作就是调用vTaskIncrementTick（）函数。

vTaskIncrementTick（）函数主要做两件事情：

维护系统时间（以tick为单位，多少个节拍）；处理那些延时的任务，如果延时到期，则唤醒任务。

任务可用的延时函数：

vTaskDelay（）;vTaskDelayUntil（）;