關(guān)于FreeRTOS的介紹
一、FreeRTOS介紹
1、FreeRTOS主要特點(diǎn)
（1）、支持搶占式調(diào)度，合作式調(diào)度和時(shí)間片調(diào)度；
（2）、高效的軟件定時(shí)器；
（3）、開源免費(fèi)；
（4）、支持多種系統(tǒng)架構(gòu)；
（5）、任務(wù)數(shù)量不限等等；
2、FreeRTOS命令規(guī)則
（1）、變量
uint32_t定義的變量都加前綴ul，u -- unsigned? ? ?l -- long；
uint16_t定義的變量都加前綴us，u -- unsigned? ? s -- short；
uint8_t定義的變量都加前綴uc， u -- unsigned? ? ?c -- char；
size_t定義的變量加上前綴ux；
枚舉變量會(huì)加上前綴e；
指針變量加上前綴p，uint16_t定義的指針變量加上pus；
（2）、函數(shù)
static聲明的函數(shù)，定義時(shí)加上前綴prv（private的縮寫）；
帶返回值的函數(shù)，根據(jù)返回值的類型，加上響應(yīng)前綴，void前綴加上v；
文件中的函數(shù)名也包含文件名；
3、FreeRTOS中的數(shù)據(jù)類型
（1）、TickType_t
? ? 如果定義了configUSE_16_BIT_TICKS，TickType_t為16位無符號(hào)，否則為32位無符號(hào)，因此，對(duì)于32位處理器來說，此宏必須為0。
（2）、BaseType_t （與系統(tǒng)架構(gòu)有關(guān)，此類型定義的是有符號(hào)數(shù)）
（3）、UBaseType_t（BaseType_t的無符號(hào)版本）
（4）、StackType_t（棧變量數(shù)據(jù)類型）
二、FreeRTOS配置文件（FreeRTOSConfig —— 系統(tǒng)裁剪）
1、基本配置
（1）、configUSE_PREEMPTION：搶占式調(diào)度器師使能（1：搶占式調(diào)度器? 0：合作式調(diào)度器）；
（2）、configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION：優(yōu)化列表中要執(zhí)行的最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的算法（1：專用方式? ? 0：通用方式）；
（3）、configUSE_TICKLESS_IDLE：tickless低功耗模式使能；
（4）、configCPU_CLOCK_HZ：定義SOC主頻；
（5）、configTICK_RATE_HZ：定義系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)，單位HZ，一般為1000HZ；
（6）、configMAX_PRIORITIES：定義用戶可使用的最大優(yōu)先級(jí)數(shù)；
（7）、configMINIMAL_STACK_SIZE：定義空閑任務(wù)的棧大小；
（8）、configTOTAL_HEAP_SIZE：定義堆大小，任務(wù)創(chuàng)建，消息隊(duì)列創(chuàng)建等都需要；
（9）、configMAX_TASK_NAME_LEN：任務(wù)名最大字符數(shù)；
（10）、configUSE_16_BIT_TICKS：TickType_t類型含義， 1:16位架構(gòu)處理器? ? ?0：32位架構(gòu)處理器；
（11）、configIDLE_SHOULD_YIELD：建議配置為0；
（12）、configUSE_TASK_NOTIFICATIONS： 1：使能任務(wù)間直接的消息傳遞? ? ?0：失能；
（13）、configUSE_MUTEXES： 1：使能互斥信號(hào)量? ? ?0：失能互斥信號(hào)量；
（14）、configUSE_RECURSIVE_MUTEXES： 1：使能遞歸互斥信號(hào)量? ?0：失能遞歸互斥信號(hào)量；
（15）、configUSE_COUNTING_SEMAPHORES： 1：使能計(jì)數(shù)信號(hào)量? ? 0：失能計(jì)數(shù)信號(hào)量；
（16）、configQUEUE_REGISTRY_SIZE： 設(shè)置可以注冊(cè)的信號(hào)量和消息隊(duì)列個(gè)數(shù)；
（17）、configUSE_QUEUE_SETS： 1：使能消息隊(duì)列? ? 0：失能消息隊(duì)列；
（18）、configUSE_TIME_SLICING： 1：使能時(shí)間片調(diào)度? ? 0：失能時(shí)間片調(diào)度；
2、鉤子函數(shù)
（1）、configUSE_IDLE_HOOK： 1：使能空閑任務(wù)的鉤子函數(shù)? ? 0：失能空閑任務(wù)鉤子函數(shù)；
（2）、configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK： 1：使能動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)失敗的鉤子函數(shù)? ?0：失能；
（3）、configUSE_TICK_HOOK： 1：使能滴答定時(shí)器中斷的鉤子函數(shù)；
3、合作式任務(wù)配置
（1）、configUSE_CO_ROUTINES： 1：使能合作式調(diào)度相關(guān)函數(shù)? ? ?0：失能合作式調(diào)用相關(guān)函數(shù)；
（2）、configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES：最大的合作式任務(wù)優(yōu)先級(jí)數(shù)；
4、軟件定時(shí)器配置
（1）、configUSE_TIMERS： 1：使能軟件定時(shí)器? ? 0：失能軟件定時(shí)器；
（2）、configTIMER_TASK_PRIORITY：軟件定時(shí)器任務(wù)的優(yōu)先級(jí)；
（3）、configTIMER_QUEUE_LENGTH：軟件定時(shí)器命令隊(duì)列的長度；
（4）、configTIMER_TASK_STACK_DEPTH：軟件定時(shí)器任務(wù)的棧空間大小；
5、內(nèi)核配置
（1）、configPRIO_BITS：stm32f103/407/429等都是4；
（2）、configLIBRARY_LOWEST_INIERRUPT_PRIORITY：0-15，建議配置中斷最低優(yōu)先級(jí)15,；
（3）、configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INIERRUPT_PRIORITY：系統(tǒng)可管理的最高優(yōu)先級(jí)中斷；
（4）、configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY
（5）、configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
6、INCLUDE配置
#define?INCLUDE_xTaskGetSchedulerState??????????1??????????????????????? #define?INCLUDE_vTaskPrioritySet 1 #define?INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1 #define?INCLUDE_vTaskDelete 1 #define?INCLUDE_vTaskCleanUpResources ????????1 #define?INCLUDE_vTaskSuspend 1 #define?INCLUDE_vTaskDelayUntil 1 #define?INCLUDE_vTaskDelay 1 #define?INCLUDE_eTaskGetState 1 #define?INCLUDE_xTimerPendFunctionCall ????????1
三、FreeRTOS任務(wù)管理
1、任務(wù)狀態(tài)（運(yùn)行態(tài)，就緒態(tài)，阻塞態(tài)，掛起態(tài)）
2、系統(tǒng)啟動(dòng)vTaskStartScheduler()
? ? 啟動(dòng)FreeRTOS調(diào)度器，即啟動(dòng)多任務(wù)運(yùn)行。
3、任務(wù)創(chuàng)建xTaskCreate()
BaseType_t?xTaskCreate(TaskFunction_t?pvTaskCode,???/*?任務(wù)函數(shù)?*/ ???????????????????????const?char?*?const?pcName,???/*?任務(wù)名?*/ ???????????????????????unsigned?short?usStackDepth,?/*?任務(wù)棧大小，單位?word，也就是?4?字節(jié)?*/ ???????????????????????void?*pvParameters,??????????/*?任務(wù)參數(shù)?*/ ???????????????????????UBaseType_t?uxPriority,??????/*?任務(wù)優(yōu)先級(jí)?*/ ???????????????????????TaskHandle_t?*pvCreatedTask??/*?任務(wù)句柄?*/ );
#include?"FreeRTOS.h"
#include?"task.h"
#include?"queue.h"
#include?"croutine.h"
#define?TASK_PRIO_START?????????1
#define?TASK_START_STK_SIZE?????(1?*?256)
TaskHandle_t?start_handler;
static?void?start_task(void?*arg)
{
??while(1)
??{
vTaskDelay(500);
??}
}
int?main(void)
{
??xTaskCreate(start_task,
??????????????"start_task",
??????????????TASK_START_STK_SIZE,
??????????????NULL,
??????????????TASK_PRIO_START,
??????????????&start_handler);
??
??vTaskStartScheduler();
}4、任務(wù)刪除vTaskDelete()
void?vTaskDelete(?TaskHandle_t?xTaskToDelete?)
必須配置#define INCLUDE_vTaskDelete? ?1
5、任務(wù)掛起vTaskSuspend()
void?vTaskSuspend(?TaskHandle_t?xTaskToSuspend?)
必須配置#define INCLUDE_vTaskSuspend? ?1
6、任務(wù)恢復(fù)vTaskResume()
void?vTaskResume(?TaskHandle_t?xTaskToResume?)
必須配置#define INCLUDE_vTaskResume? ?1
7、任務(wù)恢復(fù)中斷方式xTaskResumeFromISR()
BaseType_t?xTaskResumeFromISR(?TaskHandle_t?xTaskToResume?)
必須配置#define INCLUDE_vTaskResumeFromISR? ?1
8、空閑任務(wù)（低功耗時(shí)，在空閑任務(wù)中實(shí)現(xiàn)睡眠）
四、臨界段和開關(guān)中斷
1、臨界段
? ? 不允許中斷打斷，進(jìn)入臨界區(qū)前必須關(guān)中斷，退出臨界區(qū)后開中斷。UCOS有臨界區(qū)，RTX沒有。
2、臨界段處理（開關(guān)中斷）
#define?taskENTER_CRITICAL()??portENTER_CRITICAL() #define?taskEXIT_CRITICAL()???portEXIT_CRITICAL()
????開關(guān)中斷就是對(duì)計(jì)數(shù)uxCriticalNesting變量操作，進(jìn)入臨界區(qū)，變量+1，退出臨界區(qū)，變量-1。
3、中斷臨界段
#define?taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()???portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR() #define?taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(?x?)?portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(?x?)
五、FreeRTOS時(shí)間管理
1、任務(wù)等待vTaskDelay()
void?vTaskDelay(?const?TickType_t?xTicksToDelay?)
延時(shí)等待范圍：1-0xFFFFFFFF
作用：任務(wù)切換
其他幾個(gè)任務(wù)延時(shí)函數(shù)個(gè)人沒怎么使用，故不介紹了。
六、FreeRTOS消息隊(duì)列
? ? 消息傳遞的是數(shù)據(jù)的復(fù)制，RTX/UCOS傳遞的是數(shù)據(jù)的地址。
1、消息隊(duì)列創(chuàng)建xQueueCreate()
QueueHandle_t?xQueueCreate(?UBaseType_t?uxQueueLength,?/*?消息個(gè)數(shù)?*/ ????????????????????????????UBaseType_t?uxItemSize?);??/*?每個(gè)消息大小，單位字節(jié)?*/
返回消息隊(duì)列句柄。
2、消息隊(duì)列發(fā)送xQueueSend()
BaseType_t?xQueueSend( ??????????????????????QueueHandle_t?xQueue,???????/*?消息隊(duì)列句柄?*/ ??????????????????????const?void?*?pvItemToQueue,?/*?要傳遞數(shù)據(jù)地址?*/ ??????????????????????TickType_t?xTicksToWait?????/*?等待消息隊(duì)列有空間的最大等待時(shí)間?*/ );
3、消息隊(duì)列從中斷發(fā)送xQueueSendFromISR()
BaseType_t?xQueueSendFromISR( ?????????????????????????????QueueHandle_t?xQueue,???????/*?消息隊(duì)列句柄?*/ ?????????????????????????????const?void?*?pvItemToQueue,?/*?要傳遞數(shù)據(jù)地址?*/ ?????????????????????????????TickType_t?xTicksToWait?????/*?等待消息隊(duì)列有空間的最大等待時(shí)間?*/ );
4、消息隊(duì)列接收xQueueReceive()? ? xQueueReceiveFromISR
BaseType_t?xQueueReceiveFromISR(?QueueHandle_t?xQueue,?void?*?const?pvBuffer,?BaseType_t?*?const?pxHigherPriorityTaskWoken?)
BaseType_t?xQueueReceive( ?????????????????????????QueueHandle_t?xQueue,???/*?消息隊(duì)列句柄?*/ ?????????????????????????void?*pvBuffer,?????????/*?接收消息隊(duì)列數(shù)據(jù)的緩沖地址?*/ ?????????????????????????TickType_t?xTicksToWait?/*?等待消息隊(duì)列有數(shù)據(jù)的最大等待時(shí)間?*/ );
七、FreeRTOS事件標(biāo)志組（任務(wù)間同步）
1、事件標(biāo)志組創(chuàng)建xEventGroupCreate()
EventGroupHandle_t?xEventGroupCreate(?void?);
返回事件標(biāo)志組句柄。
必須定義：
#define INCLUDE_xEventGroupSetBitFromISR 1
#define configUSE_TIMERS? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall? ? ? 1
2、時(shí)間標(biāo)志組設(shè)置xEventGroupSetBits()
EventBits_t?xEventGroupSetBits(?EventGroupHandle_t?xEventGroup,??/*?事件標(biāo)志組句柄?*/ ????????????????????????????????const?EventBits_t?uxBitsToSet?);?/*?事件標(biāo)志位設(shè)置?*/
BaseType_t?xEventGroupSetBitsFromISR(EventGroupHandle_t?xEventGroup,?/*?事件標(biāo)志組句柄?*/ ?????????????????????????????????????const?EventBits_t?uxBitsToSet,?/*?事件標(biāo)志位設(shè)置?*/ ?????????????????????????????????????BaseType_t?*pxHigherPriorityTaskWoken?);?/*?高優(yōu)先級(jí)任務(wù)是否被喚醒的狀態(tài)保存?*/
第二個(gè)參數(shù)表示24個(gè)可設(shè)置的時(shí)間標(biāo)志位，返回當(dāng)前的事件標(biāo)志組數(shù)值。中斷中使用xEventGroupSetBitsFromISR()。
3、事件標(biāo)志組獲取xEventGroupWaitBits()
EventBits_t?xEventGroupWaitBits(const?EventGroupHandle_t?xEventGroup,?/*?事件標(biāo)志組句柄?*/ ????????????????????????????????const?EventBits_t?uxBitsToWaitFor,?/*?等待被設(shè)置的事件標(biāo)志位?*/ ????????????????????????????????const?BaseType_t?xClearOnExit,?????/*?選擇是否清零被置位的事件標(biāo)志位?*/ ????????????????????????????????const?BaseType_t?xWaitForAllBits,??/*?選擇是否等待所有標(biāo)志位都被設(shè)置?*/ ????????????????????????????????TickType_t?xTicksToWait?);?????????/*?設(shè)置等待時(shí)間?*/
//?STM32F10X?FreeRTOSConfig舉例 #ifndef?FREERTOS_CONFIG_H #define?FREERTOS_CONFIG_H #include?"type.h" /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????????????FreeRTOS基礎(chǔ)配置配置選項(xiàng)??????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?configUSE_PREEMPTION 1???????????????????????//?1使用搶占式內(nèi)核，0使用協(xié)程 #define?configUSE_TIME_SLICING 1 //?1使能時(shí)間片調(diào)度(默認(rèn)式使能的) #define?configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1???????????????????????//?1啟用特殊方法來選擇下一個(gè)要運(yùn)行的任務(wù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????//?一般是硬件計(jì)算前導(dǎo)零指令，如果所使用的 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????//?MCU沒有這些硬件指令的話此宏應(yīng)該設(shè)置為0！ #define?configUSE_TICKLESS_IDLE 0???????????????????????//?1啟用低功耗tickless模式 #define?configUSE_QUEUE_SETS 1???????????????????????//?為1時(shí)啟用隊(duì)列 #define?configCPU_CLOCK_HZ 72000000????????????????//?CPU頻率 #define?configTICK_RATE_HZ (1000)??????????????????//?時(shí)鐘節(jié)拍頻率，這里設(shè)置為1000，周期就是1ms #define?configMAX_PRIORITIES (32)????????????????????//?可使用的最大優(yōu)先級(jí) #define?configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned?short)130)???//?空閑任務(wù)使用的堆棧大小 #define?configMAX_TASK_NAME_LEN (20)????????????????????//?任務(wù)名字字符串長度 #define?configUSE_16_BIT_TICKS 0???????????????????????//?系統(tǒng)節(jié)拍計(jì)數(shù)器變量數(shù)據(jù)類型， ????????????????????????????????????????????????????????????????????????//?1表示為16位無符號(hào)整形，0表示為32位無符號(hào)整形 #define?configIDLE_SHOULD_YIELD 1???????????????????????//?為1時(shí)空閑任務(wù)放棄CPU使用權(quán)給其他同優(yōu)先級(jí)的用戶任務(wù) #define?configUSE_TASK_NOTIFICATIONS????????????1???????????????????????//?為1時(shí)開啟任務(wù)通知功能，默認(rèn)開啟 #define?configUSE_MUTEXES 1???????????????????????//?為1時(shí)使用互斥信號(hào)量 #define?configQUEUE_REGISTRY_SIZE 8???????????????????????//?不為0時(shí)表示啟用隊(duì)列記錄，具體的值是可以 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????//?記錄的隊(duì)列和信號(hào)量最大數(shù)目。 #define?configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0???????????????????????//?大于0時(shí)啟用堆棧溢出檢測(cè)功能，如果使用此功能 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????//?用戶必須提供一個(gè)棧溢出鉤子函數(shù)，如果使用的話 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????//?此值可以為1或者2，因?yàn)橛袃煞N棧溢出檢測(cè)方法。 #define?configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1???????????????????????//?為1時(shí)使用遞歸互斥信號(hào)量 #define?configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0???????????????????????//?1使用內(nèi)存申請(qǐng)失敗鉤子函數(shù) #define?configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0??????????????????????? #define?configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1???????????????????????//?為1時(shí)使用計(jì)數(shù)信號(hào)量 /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS與內(nèi)存申請(qǐng)有關(guān)配置選項(xiàng)????????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION????????1???????????????????????//?支持動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng) #define?configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(20*1024))?????//?系統(tǒng)所有總的堆大小 /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS與鉤子函數(shù)有關(guān)的配置選項(xiàng)??????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?configUSE_IDLE_HOOK 0???????????????????????//?1，使用空閑鉤子；0，不使用 #define?configUSE_TICK_HOOK 0???????????????????????//?1，使用時(shí)間片鉤子；0，不使用 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????? /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS與協(xié)程有關(guān)的配置選項(xiàng)??????????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?configUSE_CO_ROUTINES? ????????0???????????????????????//?為1時(shí)啟用協(xié)程，啟用協(xié)程以后必須添加文件croutine.c #define?configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES?????????(?2?)???????????????????//?協(xié)程的有效優(yōu)先級(jí)數(shù)目 /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS與軟件定時(shí)器有關(guān)的配置選項(xiàng)????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?configUSE_TIMERS ????????1???????????????????????????????//?為1時(shí)啟用軟件定時(shí)器 #define?configTIMER_TASK_PRIORITY ????????(configMAX_PRIORITIES-1)????????//?軟件定時(shí)器優(yōu)先級(jí) #define?configTIMER_QUEUE_LENGTH ????????5???????????????????????????????//?軟件定時(shí)器隊(duì)列長度 #define?configTIMER_TASK_STACK_DEPTH ????????(configMINIMAL_STACK_SIZE*2)????//?軟件定時(shí)器任務(wù)堆棧大小 /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS可選函數(shù)配置選項(xiàng)??????????????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?INCLUDE_xTaskGetSchedulerState??????????1??????????????????????? #define?INCLUDE_vTaskPrioritySet ????????1 #define?INCLUDE_uxTaskPriorityGet ????????1 #define?INCLUDE_vTaskDelete ????????1 #define?INCLUDE_vTaskCleanUpResources ????????1 #define?INCLUDE_vTaskSuspend ????????1 #define?INCLUDE_vTaskDelayUntil ????????1 #define?INCLUDE_vTaskDelay ????????1 #define?INCLUDE_eTaskGetState ????????1 #define?INCLUDE_xTimerPendFunctionCall ????????1 /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS與中斷有關(guān)的配置選項(xiàng)??????????????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #ifdef?__NVIC_PRIO_BITS #define?configPRIO_BITS??????? __NVIC_PRIO_BITS #else #define?configPRIO_BITS??????? 4?????????????????? #endif #define?configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15??????????????????????//?中斷最低優(yōu)先級(jí) #define?configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5???????????????????????//?系統(tǒng)可管理的最高中斷優(yōu)先級(jí) #define?configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY? (?configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY?<<?(8?-?configPRIO_BITS)?) #define?configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY? (?configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY?<<?(8?-?configPRIO_BITS)?) /***************************************************************************************************************/ /*????????????????????????????????FreeRTOS與中斷服務(wù)函數(shù)有關(guān)的配置選項(xiàng)??????????????????????????????????????????*/ /***************************************************************************************************************/ #define?xPortPendSVHandler? PendSV_Handler #define?vPortSVCHandler? SVC_Handler #endif?/*?FREERTOS_CONFIG_H?*/
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