关于FreeRTOS的介绍
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一、FreeRTOS介绍
1、FreeRTOS主要特点
（1）、支持抢占式调度，合作式调度和时间片调度；
（2）、高效的软件定时器；
（3）、开源免费；
（4）、支持多种系统架构；
（5）、任务数量不限等等；
2、FreeRTOS命令规则
（1）、变量
uint32_t定义的变量都加前缀ul，u -- unsigned l -- long；
uint16_t定义的变量都加前缀us，u -- unsigned s -- short；
uint8_t定义的变量都加前缀uc， u -- unsigned c -- char；
size_t定义的变量加上前缀ux；
枚举变量会加上前缀e；
指针变量加上前缀p，uint16_t定义的指针变量加上pus；
（2）、函数
static声明的函数，定义时加上前缀prv（private的缩写）；
带返回值的函数，根据返回值的类型，加上响应前缀，void前缀加上v；
文件中的函数名也包含文件名；
3、FreeRTOS中的数据类型
（1）、TickType_t
如果定义了configUSE_16_BIT_TICKS，TickType_t为16位无符号，否则为32位无符号，因此，对于32位处理器来说，此宏必须为0。
（2）、BaseType_t （与系统架构有关，此类型定义的是有符号数）
（3）、UBaseType_t（BaseType_t的无符号版本）
（4）、StackType_t（栈变量数据类型）
二、FreeRTOS配置文件（FreeRTOSConfig —— 系统裁剪）
1、基本配置
（1）、configUSE_PREEMPTION：抢占式调度器师使能（1：抢占式调度器 0：合作式调度器）；
（2）、configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION：优化列表中要执行的最高优先级任务的算法（1：专用方式 0：通用方式）；
（3）、configUSE_TICKLESS_IDLE：tickless低功耗模式使能；
（4）、configCPU_CLOCK_HZ：定义SOC主频；
（5）、configTICK_RATE_HZ：定义系统时钟节拍数，单位HZ，一般为1000HZ；
（6）、configMAX_PRIORITIES：定义用户可使用的最大优先级数；
（7）、configMINIMAL_STACK_SIZE：定义空闲任务的栈大小；
（8）、configTOTAL_HEAP_SIZE：定义堆大小，任务创建，消息队列创建等都需要；
（9）、configMAX_TASK_NAME_LEN：任务名最大字符数；
（10）、configUSE_16_BIT_TICKS：TickType_t类型含义， 1:16位架构处理器 0：32位架构处理器；
（11）、configIDLE_SHOULD_YIELD：建议配置为0；
（12）、configUSE_TASK_NOTIFICATIONS： 1：使能任务间直接的消息传递 0：失能；
（13）、configUSE_MUTEXES： 1：使能互斥信号量 0：失能互斥信号量；
（14）、configUSE_RECURSIVE_MUTEXES： 1：使能递归互斥信号量 0：失能递归互斥信号量；
（15）、configUSE_COUNTING_SEMAPHORES： 1：使能计数信号量 0：失能计数信号量；
（16）、configQUEUE_REGISTRY_SIZE： 设置可以注册的信号量和消息队列个数；
（17）、configUSE_QUEUE_SETS： 1：使能消息队列 0：失能消息队列；
（18）、configUSE_TIME_SLICING： 1：使能时间片调度 0：失能时间片调度；
2、钩子函数
（1）、configUSE_IDLE_HOOK： 1：使能空闲任务的钩子函数 0：失能空闲任务钩子函数；
（2）、configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK： 1：使能动态内存申请失败的钩子函数 0：失能；
（3）、configUSE_TICK_HOOK： 1：使能滴答定时器中断的钩子函数；
3、合作式任务配置
（1）、configUSE_CO_ROUTINES： 1：使能合作式调度相关函数 0：失能合作式调用相关函数；
（2）、configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES：最大的合作式任务优先级数；
4、软件定时器配置
（1）、configUSE_TIMERS： 1：使能软件定时器 0：失能软件定时器；
（2）、configTIMER_TASK_PRIORITY：软件定时器任务的优先级；
（3）、configTIMER_QUEUE_LENGTH：软件定时器命令队列的长度；
（4）、configTIMER_TASK_STACK_DEPTH：软件定时器任务的栈空间大小；
5、内核配置
（1）、configPRIO_BITS：stm32f103/407/429等都是4；
（2）、configLIBRARY_LOWEST_INIERRUPT_PRIORITY：0-15，建议配置中断最低优先级15,；
（3）、configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INIERRUPT_PRIORITY：系统可管理的最高优先级中断；
（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任务管理
1、任务状态（运行态，就绪态，阻塞态，挂起态）
2、系统启动vTaskStartScheduler()
启动FreeRTOS调度器，即启动多任务运行。
3、任务创建xTaskCreate()
BaseType_t xTaskCreate(TaskFunction_t pvTaskCode, /* 任务函数 */ const char * const pcName, /* 任务名 */ unsigned short usStackDepth, /* 任务栈大小，单位 word，也就是 4 字节 */ void *pvParameters, /* 任务参数 */ UBaseType_t uxPriority, /* 任务优先级 */ TaskHandle_t *pvCreatedTask /* 任务句柄 */ );
#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、任务删除vTaskDelete()
void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete )
必须配置#define INCLUDE_vTaskDelete 1
5、任务挂起vTaskSuspend()
void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend )
必须配置#define INCLUDE_vTaskSuspend 1
6、任务恢复vTaskResume()
void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume )
必须配置#define INCLUDE_vTaskResume 1
7、任务恢复中断方式xTaskResumeFromISR()
BaseType_t xTaskResumeFromISR( TaskHandle_t xTaskToResume )
必须配置#define INCLUDE_vTaskResumeFromISR 1
8、空闲任务（低功耗时，在空闲任务中实现睡眠）
四、临界段和开关中断
1、临界段
不允许中断打断，进入临界区前必须关中断，退出临界区后开中断。UCOS有临界区，RTX没有。
2、临界段处理（开关中断）
#define taskENTER_CRITICAL() portENTER_CRITICAL() #define taskEXIT_CRITICAL() portEXIT_CRITICAL()
开关中断就是对计数uxCriticalNesting变量操作，进入临界区，变量+1，退出临界区，变量-1。
3、中断临界段
#define taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR() #define taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR( x ) portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR( x )
五、FreeRTOS时间管理
1、任务等待vTaskDelay()
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
延时等待范围：1-0xFFFFFFFF
作用：任务切换
其他几个任务延时函数个人没怎么使用，故不介绍了。
六、FreeRTOS消息队列
消息传递的是数据的复制，RTX/UCOS传递的是数据的地址。
1、消息队列创建xQueueCreate()
QueueHandle_t xQueueCreate( UBaseType_t uxQueueLength, /* 消息个数 */ UBaseType_t uxItemSize ); /* 每个消息大小，单位字节 */
返回消息队列句柄。
2、消息队列发送xQueueSend()
BaseType_t xQueueSend( QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */ const void * pvItemToQueue, /* 要传递数据地址 */ TickType_t xTicksToWait /* 等待消息队列有空间的最大等待时间 */ );
3、消息队列从中断发送xQueueSendFromISR()
BaseType_t xQueueSendFromISR( QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */ const void * pvItemToQueue, /* 要传递数据地址 */ TickType_t xTicksToWait /* 等待消息队列有空间的最大等待时间 */ );
4、消息队列接收xQueueReceive() xQueueReceiveFromISR
BaseType_t xQueueReceiveFromISR( QueueHandle_t xQueue, void * const pvBuffer, BaseType_t * const pxHigherPriorityTaskWoken )
BaseType_t xQueueReceive( QueueHandle_t xQueue, /* 消息队列句柄 */ void *pvBuffer, /* 接收消息队列数据的缓冲地址 */ TickType_t xTicksToWait /* 等待消息队列有数据的最大等待时间 */ );
七、FreeRTOS事件标志组（任务间同步）
1、事件标志组创建xEventGroupCreate()
EventGroupHandle_t xEventGroupCreate( void );
返回事件标志组句柄。
必须定义：
#define INCLUDE_xEventGroupSetBitFromISR 1
#define configUSE_TIMERS 1
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 1
2、时间标志组设置xEventGroupSetBits()
EventBits_t xEventGroupSetBits( EventGroupHandle_t xEventGroup, /* 事件标志组句柄 */ const EventBits_t uxBitsToSet ); /* 事件标志位设置 */
BaseType_t xEventGroupSetBitsFromISR(EventGroupHandle_t xEventGroup, /* 事件标志组句柄 */ const EventBits_t uxBitsToSet, /* 事件标志位设置 */ BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken ); /* 高优先级任务是否被唤醒的状态保存 */
第二个参数表示24个可设置的时间标志位，返回当前的事件标志组数值。中断中使用xEventGroupSetBitsFromISR()。
3、事件标志组获取xEventGroupWaitBits()
EventBits_t xEventGroupWaitBits(const EventGroupHandle_t xEventGroup, /* 事件标志组句柄 */ const EventBits_t uxBitsToWaitFor, /* 等待被设置的事件标志位 */ const BaseType_t xClearOnExit, /* 选择是否清零被置位的事件标志位 */ const BaseType_t xWaitForAllBits, /* 选择是否等待所有标志位都被设置 */ TickType_t xTicksToWait ); /* 设置等待时间 */
// STM32F10X FreeRTOSConfig举例 #ifndef FREERTOS_CONFIG_H #define FREERTOS_CONFIG_H #include "type.h" /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS基础配置配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define configUSE_PREEMPTION 1 // 1使用抢占式内核，0使用协程 #define configUSE_TIME_SLICING 1 // 1使能时间片调度(默认式使能的) #define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1 // 1启用特殊方法来选择下一个要运行的任务 // 一般是硬件计算前导零指令，如果所使用的 // MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0！ #define configUSE_TICKLESS_IDLE 0 // 1启用低功耗tickless模式 #define configUSE_QUEUE_SETS 1 // 为1时启用队列 #define configCPU_CLOCK_HZ 72000000 // CPU频率 #define configTICK_RATE_HZ (1000) // 时钟节拍频率，这里设置为1000，周期就是1ms #define configMAX_PRIORITIES (32) // 可使用的最大优先级 #define configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned short)130) // 空闲任务使用的堆栈大小 #define configMAX_TASK_NAME_LEN (20) // 任务名字字符串长度 #define configUSE_16_BIT_TICKS 0 // 系统节拍计数器变量数据类型， // 1表示为16位无符号整形，0表示为32位无符号整形 #define configIDLE_SHOULD_YIELD 1 // 为1时空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务 #define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1 // 为1时开启任务通知功能，默认开启 #define configUSE_MUTEXES 1 // 为1时使用互斥信号量 #define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 8 // 不为0时表示启用队列记录，具体的值是可以 // 记录的队列和信号量最大数目。 #define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0 // 大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能 // 用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话 // 此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法。 #define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1 // 为1时使用递归互斥信号量 #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0 // 1使用内存申请失败钩子函数 #define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0 #define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1 // 为1时使用计数信号量 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与内存申请有关配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1 // 支持动态内存申请 #define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(20*1024)) // 系统所有总的堆大小 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define configUSE_IDLE_HOOK 0 // 1，使用空闲钩子；0，不使用 #define configUSE_TICK_HOOK 0 // 1，使用时间片钩子；0，不使用 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与协程有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define configUSE_CO_ROUTINES 0 // 为1时启用协程，启用协程以后必须添加文件croutine.c #define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 2 ) // 协程的有效优先级数目 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define configUSE_TIMERS 1 // 为1时启用软件定时器 #define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES-1) // 软件定时器优先级 #define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5 // 软件定时器队列长度 #define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE*2) // 软件定时器任务堆栈大小 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS可选函数配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #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与中断有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #ifdef __NVIC_PRIO_BITS #define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS #else #define configPRIO_BITS 4 #endif #define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15 // 中断最低优先级 #define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5 // 系统可管理的最高中断优先级 #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与中断服务函数有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define xPortPendSVHandler PendSV_Handler #define vPortSVCHandler SVC_Handler #endif /* FREERTOS_CONFIG_H */
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