嵌入式系統(tǒng)不只是ARM+Linux，不是只有安卓，凡是電子產(chǎn)品都可稱為嵌入式系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興起，也提升了FreeRTOS市場占有率。本文就是介紹FreeRTOS基礎(chǔ)及其應(yīng)用，只是個(gè)人整理，可能存在問題，其目的只是簡要介紹系統(tǒng)的基礎(chǔ)，只能作為入門資料。

一、 為什么要學(xué)習(xí) RTOS

進(jìn)入嵌入式這個(gè)領(lǐng)域，入門首先接觸的是單片機(jī)編程，尤其是C51 單片機(jī)來，基礎(chǔ)的單片機(jī)編程通常都是指裸機(jī)編程，即不加入任何 RTOS（Real Time Operating System 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）。常用的有國外的FreeRTOS、μC/OS、RTX 和國內(nèi)的 RT-thread、Huawei LiteOS 和 AliOS-Things 等，其中開源且免費(fèi)的 FreeRTOS 的市場占有率較高。

1.1前后臺(tái)系統(tǒng)

在裸機(jī)系統(tǒng)中，所有的操作都是在一個(gè)無限的大循環(huán)里面實(shí)現(xiàn),支持中斷檢測。外部中斷緊急事件在中斷里面標(biāo)記或者響應(yīng)，中斷服務(wù)稱為前臺(tái)，main 函數(shù)里面的while(1)無限循環(huán)稱為后臺(tái)，按順序處理業(yè)務(wù)功能，以及中斷標(biāo)記的可執(zhí)行的事件。小型的電子產(chǎn)品用的都是裸機(jī)系統(tǒng)，而且也能夠滿足需求。

1.2多任務(wù)系統(tǒng)

多任務(wù)系統(tǒng)的事件響應(yīng)也是在中斷中完成的，但是事件的處理是在任務(wù)中完成的。如果事件對(duì)應(yīng)的任務(wù)的優(yōu)先級(jí)足夠高，中斷對(duì)應(yīng)的事件會(huì)立刻執(zhí)行。相比前后臺(tái)系統(tǒng)，多任務(wù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性又被提高了。

在多任務(wù)系統(tǒng)中，根據(jù)程序的功能，把這個(gè)程序主體分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的，無限循環(huán)且不能返回的子程序，稱之為任務(wù)。每個(gè)任務(wù)都是獨(dú)立的，互不干擾的，且具備自身的優(yōu)先級(jí)，它由操作系統(tǒng)調(diào)度管理。加入操作系統(tǒng)后，開發(fā)人員不需要關(guān)注每個(gè)功能模塊之間的沖突，重心放在子程序的實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)隨之帶來的額外RAM開銷，但對(duì)目前的單片機(jī)的來影響不大。

1.3學(xué)習(xí)RTOS的意義

學(xué)習(xí) RTOS，一是項(xiàng)目需要，隨著產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)的功能越來越多，單純的裸機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不能完美地解決問題，反而會(huì)使編程變得更加復(fù)雜，如果想降低編程的難度，就必須引入 RTOS實(shí)現(xiàn)多任務(wù)管理。二是技能需要，掌握操作系統(tǒng)，和基于RTOS的編程，實(shí)現(xiàn)更好的職業(yè)規(guī)劃，對(duì)個(gè)人發(fā)展尤其是錢途是必不可少的。

以前一直覺得學(xué)操作系統(tǒng)就必須是linux，實(shí)際每個(gè)系統(tǒng)都有其應(yīng)用場景，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，殺雞焉用牛刀，小而美，且應(yīng)用廣泛的FreeRTOS 是首選。有一個(gè)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，即使后續(xù)基于其他系統(tǒng)開發(fā)軟件，也可觸類旁通，對(duì)新技術(shù)快速入門。目前接觸的幾款芯片都是基于FreeRTOS。

如何學(xué)習(xí)RTOS？最簡單的就是在別人移植好的系統(tǒng)之上，看看 RTOS 里面的 API 使用說明，然后調(diào)用這些 API 實(shí)現(xiàn)自己想要的功能即可。完全不用關(guān)心底層的移植，這是最簡單快速的入門方法。這種學(xué)習(xí)方式，如果是做產(chǎn)品，可以快速的實(shí)現(xiàn)功能，弊端是當(dāng)程序出現(xiàn)問題的時(shí)候，如果對(duì)RTOS不夠了解，會(huì)導(dǎo)致調(diào)試?yán)щy，無從下手。

各種RTOS內(nèi)核實(shí)現(xiàn)方式都差不多，我們只需要深入學(xué)習(xí)其中一款就行。萬變不離其宗，正如掌握了C51基礎(chǔ)，后續(xù)換其他型號(hào)或者更高級(jí)的ARM單片機(jī)，在原理和方法上，都是有借鑒意義，可以比較快的熟悉并掌握新單片機(jī)的使用。

二、 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)

2.1鏈表

鏈表作為 C 語言中一種基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在平時(shí)寫程序的時(shí)候用的并不多，但在操作系統(tǒng)里面使用的非常多。FreeRTOS 中存在著大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)鏈表和鏈表項(xiàng)的操作（list 和 list item）。FreeRTOS 中與鏈表相關(guān)的操作均在 list.h 和 list.c 這兩個(gè)文件中實(shí)現(xiàn)。

鏈表比數(shù)組，最大優(yōu)勢是占用的內(nèi)存空間可以隨著需求擴(kuò)大或縮小，動(dòng)態(tài)調(diào)整。實(shí)際FreeRTOS中各種任務(wù)的記錄都是依靠鏈表動(dòng)態(tài)管理，具體的可以參考源碼的任務(wù)控制塊tskTCB。任務(wù)切換狀態(tài)，就是將對(duì)應(yīng)的鏈表進(jìn)行操作，鏈表操作涉及創(chuàng)建和插入、刪除和查找。

2.2隊(duì)列

隊(duì)列是一種只允許在表的前端（front）進(jìn)行刪除操作，而在表的后端（rear）進(jìn)行插入操作。隊(duì)尾放入數(shù)據(jù)，對(duì)頭擠出。先進(jìn)先出，稱為FIFO

2.3任務(wù)

在裸機(jī)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的主體就是 main 函數(shù)里面順序執(zhí)行的無限循環(huán)，這個(gè)無限循環(huán)里面 CPU 按照順序完成各種事情。在多任務(wù)系統(tǒng)中，根據(jù)功能的不同，把整個(gè)系統(tǒng)分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的且無法返回的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)我們稱為任務(wù)。系統(tǒng)中的每一任務(wù)都有多種運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)初始化完成后，創(chuàng)建的任務(wù)就可以在系統(tǒng)中競爭一定的資源，由內(nèi)核進(jìn)行調(diào)度。

?就緒（Ready）：該任務(wù)在就緒列表中，就緒的任務(wù)已經(jīng)具備執(zhí)行的能力，只等待調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度，新創(chuàng)建的任務(wù)會(huì)初始化為就緒態(tài)。

?運(yùn)行（Running）：該狀態(tài)表明任務(wù)正在執(zhí)行，此時(shí)它占用處理器，調(diào)度器選擇運(yùn)行的永遠(yuǎn)是處于最高優(yōu)先級(jí)的就緒態(tài)任務(wù)。

?阻塞（Blocked）：任務(wù)當(dāng)前正在等待某個(gè)事件，比如信號(hào)量或外部中斷。

?掛起態(tài)(Suspended)：處于掛起態(tài)的任務(wù)對(duì)調(diào)度器而言是不可見的。

掛起態(tài)與阻塞態(tài)的區(qū)別，當(dāng)任務(wù)有較長的時(shí)間不允許運(yùn)行的時(shí)候，我們可以掛起任務(wù)，這樣子調(diào)度器就不會(huì)管這個(gè)任務(wù)的任何信息，直到調(diào)用恢復(fù)任務(wù)的 接口；而任務(wù)處于阻塞態(tài)的時(shí)候，系統(tǒng)還需要判斷阻塞態(tài)的任務(wù)是否超時(shí)，是否可以解除阻塞。

各任務(wù)運(yùn)行時(shí)使用消息、信號(hào)量等方式進(jìn)行通信，不能是全局變量。任務(wù)通常會(huì)運(yùn)行在一個(gè)死循環(huán)中，不會(huì)退出，如果不再需要，可以調(diào)用刪除任務(wù)。

2.4臨界區(qū)

臨界區(qū)就是一段在執(zhí)行的時(shí)候不能被中斷的代碼段。在多任務(wù)操作系統(tǒng)里面，對(duì)全局變量的操作不能被打斷，不能執(zhí)行到一半就被其他任務(wù)再次操作。一般被打斷，原因就是系統(tǒng)調(diào)度或外部中斷。對(duì)臨界區(qū)的保護(hù)控制，歸根到底就是對(duì)系統(tǒng)中斷的使能控制。在使用臨界區(qū)時(shí)，關(guān)閉中斷響應(yīng)，對(duì)部分優(yōu)先級(jí)的中斷進(jìn)行屏蔽，因此臨界區(qū)不允許運(yùn)行時(shí)間過長。為了對(duì)臨界區(qū)進(jìn)行控制，就需要使用信號(hào)量通信，實(shí)現(xiàn)同步或互斥操作。

三、初識(shí) FreeRTOS

3.1FreeRTOS源碼

FreeRTOS 由美國的 Richard Barry 于 2003 年發(fā)布， 2018 年被亞馬遜收購，改名為 AWS FreeRTOS，版本號(hào)升級(jí)為 V10，支持MIT開源協(xié)議，亞馬遜收購 FreeRTOS 也是為了進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)和人工智能，新版本增加了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等功能。

FreeRTOS 是開源免費(fèi)的，可從官網(wǎng) www.freertos.org 下載源碼和說明手冊。例如展銳的UIS8910使用的是V10。以FreeRTOSv10.4.1為例，包含 Demo 例程，Source內(nèi)核的源碼，License許可文件。

3.1.1Source 文件夾

FreeRTOS/ Source 文件夾下的文件：

包括FreeRTOS 的通用的頭文件include和 C 文件，包括任務(wù)、隊(duì)列、定時(shí)器等，適用于各種編譯器和處理器，是通用的。

需要特殊處理適配的在portblle文件夾，其下內(nèi)容與編譯器和處理器相關(guān)， FreeRTOS 要想運(yùn)行在一個(gè)單片機(jī)上面，它們就必須關(guān)聯(lián)在一起，通常由匯編和 C 聯(lián)合編寫。通常難度比較高，不過一般芯片原廠提供移植好的接口文件。這里不介紹移植的方法，因?yàn)樽约阂膊幻靼住?/p>

Portblle/MemMang 文件夾下存放的是跟內(nèi)存管理相關(guān)的，總共有五個(gè) heap 文件，有5種內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配方式，一般物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品選用 heap4.c 。

3.1.2Demo 文件夾

里面包含了 FreeRTOS 官方為各個(gè)單片機(jī)移植好的工程代碼，F(xiàn)reeRTOS 為了推廣自己，會(huì)給針對(duì)不同半導(dǎo)體廠商的評(píng)估板實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能范例， Demo下就是參考范例。

3.1.3FreeRTOSConfig.h配置

FreeRTOSConfig.h頭文件對(duì)FreeRTOS 所需的功能的宏均做了定義，需要根據(jù)應(yīng)用情況配置合適的參數(shù)，其作用類似MTK功能機(jī)平臺(tái)的主mak文件，部分定義如下：

1.#defineconfigUSE_PREEMPTION1 2.#defineconfigUSE_IDLE_HOOK0 3.#defineconfigUSE_TICK_HOOK0 4.#defineconfigCPU_CLOCK_HZ(SystemCoreClock) 5.#defineconfigTICK_RATE_HZ((TickType_t)1000)

例如系統(tǒng)時(shí)鐘tick等參數(shù)在就這個(gè)文件配置，具體作用可以看注釋。一般情況下使用SDK不需要改動(dòng)，特殊情況下咨詢原廠再調(diào)整。

3.2FreeRTOS 編碼規(guī)范

接觸一個(gè)新平臺(tái)或者SDK，明白它的編碼規(guī)范，文件作用，可以提高源碼閱讀效率，快速熟悉其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

3.2.1數(shù)據(jù)類型

FreeRTOS針對(duì)不同的處理器，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行了重定義。

1.#defineportCHARchar 2.#defineportFLOATfloat 3.#defineportDOUBLEdouble 4.#defineportLONGlong 5.#defineportSHORTshort 6.#defineportSTACK_TYPEuint32_t 7.#defineportBASE_TYPElong

應(yīng)用編碼中，推薦使用的是下面這種風(fēng)格。

1.typedefintint32_t; 2.typedefshortint16_t; 3.typedefcharint8_t; 4.typedefunsignedintuint32_t; 5.typedefunsignedshortuint16_t; 6.typedefunsignedcharuint8_t;

3.2.2變量名

FreeRTOS 中，定義變量的時(shí)候往往會(huì)把變量的類型當(dāng)作前綴，好處看到就知道其類型。

char 型變量的前綴是 c

short 型變量的前綴是 s

long 型變量的前綴是 l

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，句柄等定義的變量名的前綴是 x

變量是無符號(hào)型的再加前綴 u，是指針變量則加前綴 p

3.2.3函數(shù)名

函數(shù)名包含了函數(shù)返回值的類型、函數(shù)所在的文件名和函數(shù)的功能，如果是私有的函數(shù)則會(huì)加一個(gè) prv（private）的前綴。

例如vTaskPrioritySet()函數(shù)的返回值為 void 型，在 task.c 這個(gè)文件中定義。

3.2.4宏

宏內(nèi)容是由大寫字母表示，前綴是小寫字母，表示該宏在哪個(gè)頭文件定義，如：

1.#definetaskYIELD()portYIELD()

表示該宏是在task.h。

3.2.5個(gè)人解讀

1、編碼不缺編碼規(guī)范，但是實(shí)際使用中很難完全依照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，即使freeRTOS源碼也是如此。

2、關(guān)于函數(shù)或者宏定義中帶文件名的作用，使用Source Insight 編輯代碼，該前綴的意義不大。

3、規(guī)則是活的，只要所有人都按一個(gè)規(guī)則執(zhí)行，它就是標(biāo)準(zhǔn)。

3.3FreeRTOS應(yīng)用開發(fā)

關(guān)于freeRTOS的應(yīng)用開發(fā)，主要是任務(wù)的創(chuàng)建和調(diào)度，任務(wù)間的通信與同步，涉及隊(duì)列、信號(hào)量等操作系統(tǒng)通用接口。結(jié)合應(yīng)用需求，涉及定時(shí)器、延時(shí)、中斷控制等接口。

特別說明，有些功能的實(shí)現(xiàn)方式有多種形式，只針對(duì)常用方式進(jìn)行說明，例如task的創(chuàng)建，只說明動(dòng)態(tài)創(chuàng)建方式，因?yàn)楹苌偈褂渺o態(tài)方式。

四、任務(wù)

4.1創(chuàng)建任務(wù)

xTaskCreate()使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存的方式創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)。

1.ret=xTaskCreate((TaskFunction_t)master_task_main,/*任務(wù)入口函數(shù)*/(1) 2.“MASTER”,/*任務(wù)名字*/(2) 3.64*1024,/*任務(wù)棧大小*/(3) 4.NULL,,/*任務(wù)入口函數(shù)參數(shù)*/(4) 5.TASK_PRIORITY_NORMAL,/*任務(wù)的優(yōu)先級(jí)*/(5) 6.&task_master_handler);/*任務(wù)控制塊指針*/(6)

創(chuàng)建任務(wù)就是軟件運(yùn)行時(shí)的一個(gè)while（1）的入口，一般閱讀其他代碼，找到這個(gè)函數(shù)，再跟蹤到任務(wù)入口函數(shù)，學(xué)習(xí)基于freeRTOS系統(tǒng)的代碼，首先就是找到main和這個(gè)接口。

(1)：任務(wù)入口函數(shù)，即任務(wù)函數(shù)的名稱，需要我們自己定義并且實(shí)現(xiàn)。

(2)：任務(wù)名字，字符串形式，最大長度由FreeRTOSConfig.h 中定義的 configMAX_TASK_NAME_LEN 宏指定，多余部分會(huì)被自動(dòng)截掉，只是方便調(diào)試。

(3)：任務(wù)堆棧大小，單位為字， 4 個(gè)字節(jié)，這個(gè)要注意，否則系統(tǒng)內(nèi)存緊缺。

(4)：任務(wù)入口函數(shù)形參，不用的時(shí)候配置為 0 或者NULL 即可。

(5) ：任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，在 FreeRTOS 中，數(shù)值越大優(yōu)先級(jí)越高，0代表最低優(yōu)先級(jí)。基于其SDK開發(fā)，可將自定義的所有業(yè)務(wù)功能task設(shè)為同一個(gè)優(yōu)先級(jí)，按時(shí)間片輪詢調(diào)度。

(6)：任務(wù)控制塊指針，使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存的時(shí)候，任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)xTaskCreate()會(huì)返回一個(gè)指針指向任務(wù)控制塊，也可以設(shè)為NULL，因?yàn)槿蝿?wù)句柄后期可以不使用。

4.2開啟調(diào)度

當(dāng)任務(wù)創(chuàng)建成功后處于就緒狀態(tài)（Ready），在就緒態(tài)的任務(wù)可以參與操作系統(tǒng)的調(diào)度。操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度器只啟動(dòng)一次，之后就不會(huì)再次執(zhí)行了，F(xiàn)reeRTOS 中啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度器的函數(shù)是 vTaskStartScheduler()，并且啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度器的時(shí)候就不會(huì)返回，從此任務(wù)管理都由FreeRTOS 管理，此時(shí)才是真正進(jìn)入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的第一步。

vTaskStartScheduler開啟調(diào)度時(shí)，順便會(huì)創(chuàng)建空閑任務(wù)和定時(shí)器任務(wù)。

FreeRTOS 為了任務(wù)啟動(dòng)和任務(wù)切換使用了三個(gè)異常：SVC、PendSV 和SysTick。

SVC（系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用，亦簡稱系統(tǒng)調(diào)用）用于任務(wù)啟動(dòng)。

PendSV（可掛起系統(tǒng)調(diào)用）用于完成任務(wù)切換，它是可以像普通的中斷一樣被掛起的，它的最大特性是如果當(dāng)前有優(yōu)先級(jí)比它高的中斷在運(yùn)行，PendSV會(huì)延遲執(zhí)行，直到高優(yōu)先級(jí)中斷執(zhí)行完畢，這樣產(chǎn)生的PendSV 中斷就不會(huì)打斷其他中斷的運(yùn)行。

SysTick 用于產(chǎn)生系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘，提供一個(gè)時(shí)間片，如果多個(gè)任務(wù)共享同一個(gè)優(yōu)先級(jí)，則每次 SysTick 中斷，下一個(gè)任務(wù)將獲得一個(gè)時(shí)間片。

FreeRTOS 中的任務(wù)是搶占式調(diào)度機(jī)制，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可打斷低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)必須在高優(yōu)先級(jí)任務(wù)阻塞或結(jié)束后才能得到調(diào)度。相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式進(jìn)行調(diào)度（也就是分時(shí)調(diào)度），時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度僅在當(dāng)前系統(tǒng)中無更高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)存在的情況下才有效。

4.3啟動(dòng)方式

FreeRTOS有兩種啟動(dòng)方式，效果一樣，看個(gè)人喜好。

第一種：main 函數(shù)中將硬件初始化， RTOS 系統(tǒng)初始化，所有任務(wù)的創(chuàng)建完成，最后一步開啟調(diào)度。目前看到的幾個(gè)芯片SDK都是這種方式。

第二種：main 函數(shù)中將硬件和 RTOS 系統(tǒng)先初始化好，只創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)后就啟動(dòng)調(diào)度器，然后在這個(gè)任務(wù)里面創(chuàng)建其它應(yīng)用任務(wù)，當(dāng)所有任務(wù)都創(chuàng)建成功后，啟動(dòng)任務(wù)再把自己刪除。

4.4任務(wù)創(chuàng)建源碼分析

xTaskCreate()創(chuàng)建任務(wù)。

1.BaseType_txTaskCreate(TaskFunction_tpxTaskCode, 2.constchar*constpcName,/*lint!e971Unqualifiedchartypesareallowedforstringsandsinglecharactersonly.*/ 3.constconfigSTACK_DEPTH_TYPEusStackDepth, 4.void*constpvParameters, 5.UBaseType_tuxPriority, 6.TaskHandle_t*constpxCreatedTask) 7.{ 8.TCB_t*pxNewTCB; 9.BaseType_txReturn; 10. 11./*IfthestackgrowsdownthenallocatethestackthentheTCBsothestack 12.*doesnotgrowintotheTCB.Likewiseifthestackgrowsupthenallocate 13.*theTCBthenthestack.*/ 14.#if(portSTACK_GROWTH>0) 15.{ 16./**/ 17.} 18.#else/*portSTACK_GROWTH*/ 19.{ 20.StackType_t*pxStack; 21. 22./*Allocatespaceforthestackusedbythetaskbeingcreated.*/ 23.pxStack=pvPortMalloc((((size_t)usStackDepth)*sizeof(StackType_t)));/*lint!e9079AllvaluesreturnedbypvPortMalloc()haveatleastthealignmentrequiredbytheMCU'sstackandthisallocationisthestack.*/ 24. 25.if(pxStack!=NULL) 26.{ 27./*AllocatespacefortheTCB.*/ 28.pxNewTCB=(TCB_t*)pvPortMalloc(sizeof(TCB_t));/*lint!e9087!e9079AllvaluesreturnedbypvPortMalloc()haveatleastthealignmentrequiredbytheMCU'sstack,andthefirstmemberofTCB_tisalwaysapointertothetask'sstack.*/ 29. 30.if(pxNewTCB!=NULL) 31.{ 32./*StorethestacklocationintheTCB.*/ 33.pxNewTCB->pxStack=pxStack; 34.} 35.else 36.{ 37./*ThestackcannotbeusedastheTCBwasnotcreated.Free 38.*itagain.*/ 39.vPortFree(pxStack); 40.} 41.} 42.else 43.{ 44.pxNewTCB=NULL; 45.} 46.} 47.#endif/*portSTACK_GROWTH*/ 48. 49.if(pxNewTCB!=NULL) 50.{ 51.#if(tskSTATIC_AND_DYNAMIC_ALLOCATION_POSSIBLE!=0)/*lint!e9029!e731Macrohasbeenconsolidatedforreadabilityreasons.*/ 52.{ 53./*Taskscanbecreatedstaticallyordynamically,sonotethis 54.*taskwascreateddynamicallyincaseitislaterdeleted.*/ 55.pxNewTCB->ucStaticallyAllocated=tskDYNAMICALLY_ALLOCATED_STACK_AND_TCB; 56.} 57.#endif/*tskSTATIC_AND_DYNAMIC_ALLOCATION_POSSIBLE*/ 58. 59.prvInitialiseNewTask(pxTaskCode,pcName,(uint32_t)usStackDepth,pvParameters,uxPriority,pxCreatedTask,pxNewTCB,NULL); 60.prvAddNewTaskToReadyList(pxNewTCB);//將新任務(wù)加入到就緒鏈表候著 61.xReturn=pdPASS; 62.} 63.else 64.{ 65.xReturn=errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY; 66.} 67. 68.returnxReturn; 69.}

申請(qǐng)任務(wù)控制塊內(nèi)存，檢查配置參數(shù)，初始化，將任務(wù)信息加入到就緒鏈表，等待調(diào)度。前面鏈表部分提到，freeRTOS的任務(wù)信息都是使用鏈表記錄，在task.c有

1.PRIVILEGED_DATAstaticList_tpxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES];//就緒 2.PRIVILEGED_DATAstaticList_txDelayedTaskList1;//延時(shí) 3.PRIVILEGED_DATAstaticList_txDelayedTaskList2; 4.PRIVILEGED_DATAstaticList_txPendingReadyList;//掛起 5.PRIVILEGED_DATAstaticList_txSuspendedTaskList;//阻塞

分別記錄就緒態(tài)、阻塞態(tài)和掛起的任務(wù)，其中阻塞態(tài)有2個(gè)，是因?yàn)樘厥饪紤]，時(shí)間溢出 的問題，實(shí)際開發(fā)單片機(jī)項(xiàng)目計(jì)時(shí)超過24h的可以借鑒。其中pxReadyTasksLists鏈表數(shù)組，其下標(biāo)就是任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

4.5任務(wù)調(diào)度源碼分析

創(chuàng)建完任務(wù)的時(shí)候，vTaskStartScheduler開啟調(diào)度器，空閑任務(wù)、定時(shí)器任務(wù)也是在開啟調(diào)度函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的。

為什么要空閑任務(wù)？因?yàn)?FreeRTOS一旦啟動(dòng)，就必須要保證系統(tǒng)中每時(shí)每刻都有一個(gè)任務(wù)處于運(yùn)行態(tài)（Runing），并且空閑任務(wù)不可以被掛起與刪除，空閑任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是最低的，以便系統(tǒng)中其他任務(wù)能隨時(shí)搶占空閑任務(wù)的 CPU 使用權(quán)。這些都是系統(tǒng)必要的東西，也無需自己實(shí)現(xiàn)。

1.voidvTaskStartScheduler(void) 2.{ 3.BaseType_txReturn; 4. 5./*Addtheidletaskatthelowestpriority.*/ 6.#if(configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION==1) 7.{ 8./***/ 9.} 10.#else/*if(configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION==1)*/ 11.{ 12./*創(chuàng)建空閑任務(wù)*/ 13.xReturn=xTaskCreate(prvIdleTask, 14.configIDLE_TASK_NAME, 15.configMINIMAL_STACK_SIZE, 16.(void*)NULL, 17.portPRIVILEGE_BIT,//優(yōu)先級(jí)為0 18.&xIdleTaskHandle); 19.} 20.#endif/*configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION*/ 21. 22.#if(configUSE_TIMERS==1) 23.{ 24.if(xReturn==pdPASS) 25.{ 26.//創(chuàng)建定時(shí)器task，接收開始、結(jié)束定時(shí)器等命令 27.xReturn=xTimerCreateTimerTask(); 28.} 29.else 30.{ 31.mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); 32.} 33.} 34.#endif/*configUSE_TIMERS*/ 35. 36.if(xReturn==pdPASS) 37.{ 38./*freertos_tasks_c_additions_init()shouldonlybecallediftheuser 39.*definablemacroFREERTOS_TASKS_C_ADDITIONS_INIT()isdefined,asthatis 40.*theonlymacrocalledbythefunction.*/ 41.#ifdefFREERTOS_TASKS_C_ADDITIONS_INIT 42.{ 43.freertos_tasks_c_additions_init(); 44.} 45.#endif 46. 47.portDISABLE_INTERRUPTS(); 48. 49.#if(configUSE_NEWLIB_REENTRANT==1) 50.{ 51._impure_ptr=&(pxCurrentTCB->xNewLib_reent); 52.} 53.#endif/*configUSE_NEWLIB_REENTRANT*/ 54. 55.xNextTaskUnblockTime=portMAX_DELAY; 56.xSchedulerRunning=pdTRUE; 57.xTickCount=(TickType_t)configINITIAL_TICK_COUNT; 58. 59.portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS(); 60. 61.traceTASK_SWITCHED_IN(); 62. 63./*Settingupthetimertickishardwarespecificandthusinthe 64.*portableinterface.*/ 65.if(xPortStartScheduler()!=pdFALSE) 66.{ 67./*系統(tǒng)開始運(yùn)行*/ 68.} 69.else 70.{ 71./*ShouldonlyreachhereifataskcallsxTaskEndScheduler().*/ 72.} 73.} 74.else 75.{ 76./*****/ 77.}

4.6任務(wù)狀態(tài)切換

FreeRTOS 系統(tǒng)中的每一個(gè)任務(wù)都有多種運(yùn)行狀態(tài)，具體如下：

?任務(wù)掛起函數(shù)

vTaskSuspend()

掛起指定任務(wù)，被掛起的任務(wù)絕不會(huì)得到 CPU 的使用權(quán)

vTaskSuspendAll()

將所有的任務(wù)都掛起?任務(wù)恢復(fù)函數(shù)

vTaskResume() vTaskResume() xTaskResumeFromISR()

任務(wù)恢復(fù)就是讓掛起的任務(wù)重新進(jìn)入就緒狀態(tài)，恢復(fù)的任務(wù)會(huì)保留掛起前的狀態(tài)信息，在恢復(fù)的時(shí)候根據(jù)掛起時(shí)的狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。xTaskResumeFromISR() 專門用在中斷服務(wù)程序中。無論通過調(diào)用一次或多次vTaskSuspend()函數(shù)而被掛起的任務(wù)，也只需調(diào)用一次恢復(fù)即可解掛 。

?任務(wù)刪除函數(shù)vTaskDelete()用于刪除任務(wù)。當(dāng)一個(gè)任務(wù)可以刪除另外一個(gè)任務(wù)，形參為要?jiǎng)h除任 務(wù)創(chuàng)建時(shí)返回的任務(wù)句柄，如果是刪除自身， 則形參為 NULL。

4.7任務(wù)使用注意點(diǎn)

1、中斷服務(wù)函數(shù)是不允許調(diào)用任何會(huì)阻塞運(yùn)行的接口。一般在中斷服務(wù)函數(shù)中只做標(biāo)記事件的發(fā)生，然后通知任務(wù)，讓對(duì)應(yīng)任務(wù)去執(zhí)行相關(guān)處理 。

2、將緊急的處理事件的任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)置偏高一些。

3、空閑任務(wù)（idle 任務(wù)）是 FreeRTOS 系統(tǒng)中沒有其他工作進(jìn)行時(shí)自動(dòng)進(jìn)入的系統(tǒng)任務(wù)，永遠(yuǎn)不會(huì)掛起空閑任務(wù)，不應(yīng)該陷入死循環(huán)。

4、創(chuàng)建任務(wù)使用的內(nèi)存不要過多，按需申請(qǐng)。如果浪費(fèi)太多，后續(xù)應(yīng)用申請(qǐng)大空間可能提示內(nèi)存不足。

五、隊(duì)列

5.1隊(duì)列的概念

隊(duì)列用于任務(wù)間通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過消息隊(duì)列服務(wù)，任務(wù)或中斷服務(wù)將消息放入消息隊(duì)列中。其他任務(wù)或者自身從消息隊(duì)列中獲得消息。實(shí)現(xiàn)隊(duì)列可以在任務(wù)與任務(wù)間、中斷和任務(wù)間傳遞信息。隊(duì)列操作支持阻塞等待，向已經(jīng)填滿的隊(duì)列發(fā)送數(shù)據(jù)或者從空隊(duì)列讀出數(shù)據(jù)，都會(huì)導(dǎo)致阻塞，時(shí)間自定義。消息隊(duì)列的運(yùn)作過程具如下：

5.2隊(duì)列創(chuàng)建

xQueueCreate()用于創(chuàng)建一個(gè)新的隊(duì)列并返回可用于訪問這個(gè)隊(duì)列的句柄。隊(duì)列句柄其實(shí)就是一個(gè)指向隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型的指針。

1.master_queue=xQueueCreate(50,sizeof(task_message_struct_t));

創(chuàng)建隊(duì)列，占用50個(gè)單元，每個(gè)單元為sizeof(task_message_struct_t)字節(jié)，和 malloc比較類似。其最終使用的函數(shù)是 xQueueGenericCreate()，后續(xù)信號(hào)量等也是使用它創(chuàng)建，只是最后的隊(duì)列類型不同。

申請(qǐng)內(nèi)存后，xQueueGenericReset再對(duì)其進(jìn)行初始化，隊(duì)列的結(jié)構(gòu)體xQUEUE成員：

1.typedefstructQueueDefinition/*Theoldnamingconventionisusedtopreventbreakingkernelawaredebuggers.*/ 2.{ 3.int8_t*pcHead;/*

5.3隊(duì)列刪除

隊(duì)列刪除函數(shù) vQueueDelete()需傳入要?jiǎng)h除的消息隊(duì)列的句柄即可，刪除之后這個(gè)消息隊(duì)列的所有信息都會(huì)被系統(tǒng)回收清空，而且不能再次使用這個(gè)消息隊(duì)列了。實(shí)際應(yīng)用中很少使用。

5.4向隊(duì)列發(fā)送消息

任務(wù)或者中斷服務(wù)程序都可以給消息隊(duì)列發(fā)送消息，當(dāng)發(fā)送消息時(shí)，如果隊(duì)列未滿或者允許覆蓋入隊(duì)，F(xiàn)reeRTOS 會(huì)將消息拷貝到消息隊(duì)列隊(duì)尾，否則，會(huì)根據(jù)用戶指定的超時(shí)時(shí)間進(jìn)行阻塞，消息發(fā)送接口很多，最簡單的是 xQueueSend()，用于向隊(duì)列尾部發(fā)送一個(gè)隊(duì)列消息。消息以拷貝的形式入隊(duì)，該函數(shù)絕對(duì)不能在中斷服務(wù)程序里面被調(diào)用，中斷中必須使用帶有中斷保護(hù)功能的 xQueueSendFromISR()來代替。

BaseType_txQueueSend(QueueHandle_txQueue,constvoid*pvItemToQueue,TickType_txTicksToWait);

用于向隊(duì)列尾部發(fā)送一個(gè)隊(duì)列消息。

參數(shù)

xQueue隊(duì)列句柄

pvItemToQueue指針，指向要發(fā)送到隊(duì)列尾部的隊(duì)列消息。

xTicksToWait隊(duì)列滿時(shí)，等待隊(duì)列空閑的最大超時(shí)時(shí)間。如果隊(duì)列滿并且xTicksToWait 被設(shè)置成 0，函數(shù)立刻返回。超時(shí)時(shí)間的單位為系統(tǒng)節(jié)拍周期 tick，延時(shí)為 portMAX_DELAY 將導(dǎo)致任務(wù)掛起（沒有超時(shí)）。

返回值

消息發(fā)送成功成功返回 pdTRUE，否則返回 errQUEUE_FULL。

xQueueSendToBack與xQueueSend完全相同， xQueueSendFromISR()與 xQueueSendToBackFromISR()，帶FromISR表示只能在中斷中使用，freeRTOS所以帶這個(gè)后綴的都是這個(gè)含義。xQueueSendToFront()和QueueSendToFrontFromISR()用于向隊(duì)列隊(duì)首發(fā)送一個(gè)消息。這些在任務(wù)中發(fā)送消息的函數(shù)都是 xQueueGenericSend()展開的宏定義。

1.BaseType_txQueueGenericSend(QueueHandle_txQueue, 2.constvoid*constpvItemToQueue, 3.TickType_txTicksToWait, 4.constBaseType_txCopyPosition)//發(fā)送數(shù)據(jù)到消息隊(duì)列的位置

一般使用xQueueSend和xQueueSendFromISR，如不確定當(dāng)前運(yùn)行的是系統(tǒng)服務(wù)，還是中斷服務(wù)，一般ARM都支持查詢中斷狀態(tài)寄存器判斷，可以封裝一層接口，只管發(fā)消息，內(nèi)部判斷是否使用支持中斷嵌套的版本，UIS8910就是如此。特殊情況下，如發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包未收到服務(wù)器響應(yīng)，期望立刻入隊(duì)再次發(fā)送它，可以xQueueSendToFront向隊(duì)頭發(fā)消息。

5.5從隊(duì)列讀取消息

當(dāng)任務(wù)試圖讀隊(duì)列中的消息時(shí)，可以指定一個(gè)阻塞超時(shí)時(shí)間，當(dāng)且僅當(dāng)消息隊(duì)列中有消息的時(shí)候，任務(wù)才能讀取到消息。如果隊(duì)列為空，該任務(wù)將保持阻塞狀態(tài)以等待隊(duì)列數(shù)據(jù)有效。當(dāng)其它任務(wù)或中斷服務(wù)程序往其等待的隊(duì)列中寫入了數(shù)據(jù)，該任務(wù)將自動(dòng)由阻塞態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)。當(dāng)任務(wù)等待的時(shí)間超過了指定的阻塞時(shí)間，即使隊(duì)列中尚無有效數(shù)據(jù)，任務(wù)也會(huì)自動(dòng)從阻塞態(tài)轉(zhuǎn)移為就緒態(tài)。所有的task主入口while循環(huán)體都是按這個(gè)執(zhí)行。例如：

1.staticvoidtrack_master_task_main() 2.{ 3.track_task_message_struct_tqueue_item={0}; 4./****/ 5. 6.while(1) 7.{ 8.if(xQueueReceive(master_queue,&queue_item,portMAX_DELAY))//阻塞等待 9.{ 10.track_master_task_msg_handler(&queue_item); 11.} 12.} 13.}

xQueueReceive()用于從一個(gè)隊(duì)列中接收消息并把消息從隊(duì)列中刪除。如果不想刪除消息的話，就調(diào)用 xQueuePeek()函數(shù)。xQueueReceiveFromISR()與xQueuePeekFromISR()是中斷版本，用于在中斷服務(wù)程序中接收一個(gè)隊(duì)列消息并把消息。這兩個(gè)函數(shù)只能用于中斷，是不帶有阻塞機(jī)制的，實(shí)際項(xiàng)目沒有使用。

5.6查詢隊(duì)列使用情況

uxQueueMessagesWaiting()查詢隊(duì)列中存儲(chǔ)的信息數(shù)目，具有中斷保護(hù)的版本為uxQueueMessagesWaitingFromISR()。查詢隊(duì)列的空閑數(shù)目uxQueueSpacesAvailable()。

5.7隊(duì)列使用注意點(diǎn)

使用隊(duì)列函數(shù)需要注意以下幾點(diǎn)：

1、中斷中必須使用帶FromISR后綴的接口；

2、發(fā)送或者是接收消息都是以拷貝的方式進(jìn)行，如果消息內(nèi)容過于龐大，可以將消息的地址作為消息進(jìn)行發(fā)送、接收。

1.typedefstruct 2.{ 3.TaskHandle_tsrc_mod_id; 4.intmessage_id; 5.int32_tparam; 6.union 7.{ 8.int32_tresult; 9.int32_tsocket_id; 10.}; 11.void*pvdata;//大數(shù)據(jù)使用動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存保存，隊(duì)列只傳遞指針 12.}track_task_message_struct_t;

3、隊(duì)列并不屬于任何任務(wù)，所有任務(wù)都可以向同一隊(duì)列寫入和讀出，一個(gè)隊(duì)列可以由多任務(wù)或中斷讀寫。

4、隊(duì)列的深度要結(jié)合實(shí)際，可以多申請(qǐng)點(diǎn)，前提是每個(gè)隊(duì)列單元盡可能小。

5、隊(duì)列存在一定限制，在隊(duì)頭沒有取出來之前，是無法取出第二個(gè)，和STL鏈表存在差異。

六、軟件定時(shí)器

6.1軟件定時(shí)器的概念

定時(shí)器有硬件定時(shí)器和軟件定時(shí)器之分，硬件定時(shí)器是芯片本身提供的定時(shí)功能精度高，并且是中斷觸發(fā)方式。軟件定時(shí)器是由操作系統(tǒng)封裝的接口，它構(gòu)建在硬件定時(shí)器基礎(chǔ)之上，使系統(tǒng)能夠提供不受硬件定時(shí)器資源限制，其實(shí)現(xiàn)的功能與硬件定時(shí)器也是類似的。

在操作系統(tǒng)中，通常軟件定時(shí)器以系統(tǒng)節(jié)拍周期為計(jì)時(shí)單位。系統(tǒng)節(jié)拍配置為configTICK_RATE_HZ，該宏在 FreeRTOSConfig.h 中，一般是100或者1000。根據(jù)實(shí)際系統(tǒng) CPU 的處理能力和實(shí)時(shí)性需求設(shè)置合適的數(shù)值，系統(tǒng)節(jié)拍周期的值越小，精度越高，但是系統(tǒng)開銷也將越大，因?yàn)檫@代表在 1 秒中系統(tǒng)進(jìn)入時(shí)鐘中斷的次數(shù)也就越多。

6.2軟件定時(shí)器創(chuàng)建

軟件定時(shí)器需先創(chuàng)建才允許使用，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建方式是xTimerCreate()，返回一個(gè)句柄。軟件定時(shí)器在創(chuàng)建成功后是處于休眠狀態(tài)的，沒有開始計(jì)時(shí)運(yùn)行。FreeRTOS的軟件定時(shí)器支持單次模式和周期模式。

單次模式：當(dāng)用戶創(chuàng)建了定時(shí)器并啟動(dòng)了定時(shí)器后，定時(shí)時(shí)間到了，只執(zhí)行一次回調(diào)函數(shù)，之后不再執(zhí)行。周期模式：定時(shí)器會(huì)按照設(shè)置的定時(shí)時(shí)間循環(huán)執(zhí)行回調(diào)函數(shù)，直到用戶將定時(shí)器停止或刪除。

實(shí)際項(xiàng)目中使用這種模式對(duì)單片機(jī)喂狗就比較省事。

1.TimerHandle_txTimerCreate(constchar*constpcTimerName,//定時(shí)器名稱 2.constTickType_txTimerPeriodInTicks,//定時(shí)時(shí)間 3.constUBaseType_tuxAutoReload,//是否自動(dòng)重載 4.void*constpvTimerID,//回調(diào)函數(shù)的參數(shù) 5.TimerCallbackFunction_tpxCallbackFunction)//回調(diào)函數(shù)

6.3軟件定時(shí)器開啟

新創(chuàng)建的定時(shí)器沒有開始計(jì)時(shí)啟動(dòng)，可以使用

xTimerStart()、 xTimerReset()、 xTimerStartFromISR()、xTimerResetFromISR() xTimerChangePeriod()、xTimerChangePeriodFromISR()

這些函數(shù)將其狀態(tài)轉(zhuǎn)換為活躍態(tài)，開始運(yùn)行。區(qū)別：如果定時(shí)器設(shè)定60秒間隔，已經(jīng)運(yùn)行了30秒，reset是將定時(shí)器重置為原來設(shè)定的時(shí)間間隔，也就是重新開始延時(shí)60秒。ChangePeriod重新設(shè)置計(jì)時(shí)周期。

6.4軟件定時(shí)器停止

xTimerStop() 用于停止一個(gè)已經(jīng)啟動(dòng)的軟件定時(shí)器，xTimerStopFromISR()是中斷版本。

6.5軟件定時(shí)器刪除

xTimerDelete（）用于刪除一個(gè)已經(jīng)被創(chuàng)建成功的軟件定時(shí)器，釋放資源，刪除之后不能再使用。實(shí)際項(xiàng)目中，任務(wù)和隊(duì)列都是按需創(chuàng)建，一直使用，但是定時(shí)器不使用的就應(yīng)該刪除，并且刪除后一定要將句柄置為NULL。

6.6軟件定時(shí)器源碼分析

軟件定時(shí)器任務(wù)是在系統(tǒng)開始調(diào)度的時(shí)候就被創(chuàng)建：vTaskStartScheduler()—xTimerCreateTimerTask。

1.BaseType_txTimerCreateTimerTask(void) 2.{ 3.BaseType_txReturn=pdFAIL; 4. 5.prvCheckForValidListAndQueue();//創(chuàng)建定時(shí)器任務(wù)的隊(duì)列 6. 7.if(xTimerQueue!=NULL) 8.{ 9.#if(configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION==1) 10.{ 11./**/ 12.} 13.#else/*if(configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION==1)*/ 14.{ 15.//創(chuàng)建定時(shí)器任務(wù) 16.xReturn=xTaskCreate(prvTimerTask, 17.configTIMER_SERVICE_TASK_NAME, 18.configTIMER_TASK_STACK_DEPTH, 19.NULL, 20.((UBaseType_t)configTIMER_TASK_PRIORITY)|portPRIVILEGE_BIT, 21.&xTimerTaskHandle); 22.} 23.#endif/*configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION*/ 24.} 25./**/ 26.returnxReturn; 27.}

任務(wù)創(chuàng)建后，等候命令執(zhí)行

1.staticportTASK_FUNCTION(prvTimerTask,pvParameters) 2.{ 3./**/ 4. 5.for(;;) 6.{ 7.//最近即將超時(shí)的定時(shí)器還有多長時(shí)間溢出 8.xNextExpireTime=prvGetNextExpireTime(&xListWasEmpty); 9. 10.//阻塞等待，定時(shí)器溢出或受到命令，進(jìn)入下一步（原因不明） 11.prvProcessTimerOrBlockTask(xNextExpireTime,xListWasEmpty); 12. 13.//接收命令并處理，見下面 14.prvProcessReceivedCommands(); 15.} 16.}

所有定時(shí)器接口，都是使用xTimerGenericCommand向隊(duì)列發(fā)送控制命令，命令如下：

1.#definetmrCOMMAND_START_DONT_TRACE((BaseType_t)0) 2.#definetmrCOMMAND_START((BaseType_t)1) 3.#definetmrCOMMAND_RESET((BaseType_t)2) 4.#definetmrCOMMAND_STOP((BaseType_t)3) 5.#definetmrCOMMAND_CHANGE_PERIOD((BaseType_t)4) 6.#definetmrCOMMAND_DELETE((BaseType_t)5)

6.7軟件定時(shí)器使用注意點(diǎn)

1、查看其他開源代碼，對(duì)定時(shí)器的使用并不多，但實(shí)際項(xiàng)目中過多依賴定時(shí)器，導(dǎo)致應(yīng)用邏輯混亂。

2、freeRTOS 的定時(shí)器不是無限制的，其根源是接收定時(shí)器控制命令消息的隊(duì)列，默認(rèn)只有10個(gè)單元。

1.xTimerQueue=xQueueCreate((UBaseType_t)configTIMER_QUEUE_LENGTH,sizeof(DaemonTaskMessage_t));

定時(shí)器過多，可能出現(xiàn)發(fā)起定時(shí)器命令失敗，原因是隊(duì)列已滿?？梢詫⒛J(rèn)的10擴(kuò)大為15，后續(xù)盡量使用信號(hào)量來優(yōu)化代碼。

4、軟件定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)要快進(jìn)快出，而且不能有任何阻塞任務(wù)運(yùn)行的情況，不能有vTaskDelay() 以及其它能阻塞任務(wù)運(yùn)行的函數(shù)。特別說明，其回調(diào)函數(shù)是在定時(shí)器任務(wù)執(zhí)行的，并不是開啟定時(shí)器的任務(wù)。

七、信號(hào)量

7.1信號(hào)量的概念

信號(hào)量（Semaphore）是一種實(shí)現(xiàn)任務(wù)間通信的機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間同步或臨界資源的互斥訪問，常用于協(xié)助一組相互競爭的任務(wù)來訪問臨界資源。在多任務(wù)系統(tǒng)中，各任務(wù)之間需要同步或互斥實(shí)現(xiàn)臨界資源的保護(hù)，信號(hào)量功能可以為用戶提供這方面的支持?？梢院唵握J(rèn)為是為支持多任務(wù)同時(shí)操作的全局變量（個(gè)人理解）。

7.1.1二值信號(hào)量

比如有一個(gè)停車位，多個(gè)人都想占用停車，這種情況就可以使用一個(gè)變量標(biāo)記車位狀態(tài)，它只有兩種情況，被占用或者沒被占用。在多任務(wù)中使用二值信號(hào)量表示，用于任務(wù)與任務(wù)、任務(wù)與中斷的同步。在freeRTOS中，二值信號(hào)量看作只有一個(gè)消息的隊(duì)列，因此這個(gè)隊(duì)列只能為空或滿。

7.1.2計(jì)數(shù)信號(hào)量

如果有100個(gè)停車位，可以停100輛車，每進(jìn)去一輛車，車位的數(shù)量就要減一，當(dāng)停車場停滿了 100 輛車的時(shí)候，再來的車就不能停進(jìn)去了。這種場景就需要計(jì)數(shù)信號(hào)量來表示多個(gè)狀態(tài)。二進(jìn)制信號(hào)量可以被認(rèn)為是長度為 1 的隊(duì)列，而計(jì)數(shù)信號(hào)量則可以被認(rèn)為長度大于 1 的隊(duì)列，信號(hào)量使用者依然不必關(guān)心存儲(chǔ)在隊(duì)列中的消息，只需關(guān)心隊(duì)列是否有消息即可。

7.1.3互斥信號(hào)量

還是前面車位問題，只剩一個(gè)空車位，雖然員工車離得近，但是領(lǐng)導(dǎo)車來了，要優(yōu)先安排給領(lǐng)導(dǎo)使用，這就是由地位決定。互斥信號(hào)量其實(shí)是特殊的二值信號(hào)量，由于其特有的優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制從而使它更適用于簡單互鎖，也就是保護(hù)臨界資源。

優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)問題：假設(shè)有任務(wù)H，任務(wù)M和任務(wù)L三個(gè)任務(wù)，優(yōu)先級(jí)逐次降低。低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)L搶先占有資源，導(dǎo)致高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)H阻塞等待，此時(shí)再有中等優(yōu)先級(jí)的任務(wù)M，它不需要該資源，且優(yōu)先級(jí)高于任務(wù)L，它優(yōu)先執(zhí)行；之后再執(zhí)行任務(wù)L，最后才執(zhí)行任務(wù)H?？雌饋砭褪歉邇?yōu)先級(jí)的任務(wù)反而不如低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，即優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)。

改進(jìn)型的互斥信號(hào)量具有優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制，操作系統(tǒng)對(duì)獲取到臨界資源的任務(wù)提高其優(yōu)先級(jí)為所有等待該資源的任務(wù)中的最高優(yōu)先級(jí)。一旦任務(wù)釋放了該資源，就恢復(fù)到原來的優(yōu)先級(jí)。

任務(wù)L先占用資源，任務(wù)H申請(qǐng)不到資源會(huì)進(jìn)入阻塞態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)就會(huì)把當(dāng)前正在使用資源的任務(wù)L的優(yōu)先級(jí)臨時(shí)提高到與任務(wù)H優(yōu)先級(jí)相同，即使任務(wù)M被喚醒了，因?yàn)樗膬?yōu)先級(jí)比任務(wù)H低，所以無法打斷任務(wù)L，因?yàn)槿蝿?wù)L的優(yōu)先級(jí)被臨時(shí)提升到 H；任務(wù)L使用完該資源，任務(wù)H優(yōu)先級(jí)最高，將接著搶占 CPU 的使用權(quán)，這樣保證任務(wù)H在任務(wù)M前優(yōu)先執(zhí)行。

上面的這些就是為了說明，二值信號(hào)量因?yàn)閮?yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)，不能用于對(duì)臨界區(qū)的訪問。

7.1.4遞歸互斥信號(hào)量

信號(hào)量是每獲取一次，可用信號(hào)量個(gè)數(shù)就會(huì)減少一個(gè)，釋放一次就增加一個(gè)。但是遞歸信號(hào)量則不同。對(duì)于已經(jīng)獲取遞歸互斥量的任務(wù)可以重復(fù)獲取該遞歸互斥量，該任務(wù)擁有遞歸信號(hào)量的所有權(quán)。任務(wù)成功獲取幾次遞歸互斥量，就要返還幾次，在此之前遞歸互斥量都處于無效狀態(tài)，其他任務(wù)無法獲取，只有持有遞歸信號(hào)量的任務(wù)才能獲取與釋放。類似棧的效果。

7.2二值信號(hào)量的應(yīng)用

二值信號(hào)量是任務(wù)與任務(wù)間、任務(wù)與中斷間同步的重要手段。例如，任務(wù)A使用串口發(fā)出AT數(shù)據(jù)后，獲取二值信號(hào)量無效進(jìn)入阻塞；

某個(gè)時(shí)間后，任務(wù)B中串口收到正確的回復(fù)，釋放二值信號(hào)量。

任務(wù)A就立即從阻塞態(tài)中解除，進(jìn)入就緒態(tài)，等待運(yùn)行。這種機(jī)制用在模塊AT交互很合適。

7.3計(jì)數(shù)信號(hào)量的應(yīng)用

計(jì)數(shù)信號(hào)量可以用于資源管理，允許多個(gè)任務(wù)獲取信號(hào)量訪問共享資源。例如有公共資源車位3個(gè)，但是有多個(gè)任務(wù)要使用，這種場景就必須使用計(jì)數(shù)信號(hào)量。三個(gè)資源最多支持 3 個(gè)任務(wù)訪問，那么第 4 個(gè)任務(wù)訪問的時(shí)候，會(huì)因?yàn)楂@取不到信號(hào)量而進(jìn)入阻塞。也就是第4個(gè)人無法占用車位，必須前面有車離開。等到其中一個(gè)有任務(wù)（比如任務(wù) 1） 釋放掉該資源的時(shí)候，第 4 個(gè)任務(wù)才能獲取到信號(hào)量從而進(jìn)行資源的訪問。其運(yùn)作的機(jī)制類似下圖。

在這里插入圖片描述

7.4互斥信號(hào)量的應(yīng)用

多任務(wù)環(huán)境下往往存在多個(gè)任務(wù)競爭同一臨界資源的應(yīng)用場景，互斥量可被用于對(duì)臨界資源的保護(hù)從而實(shí)現(xiàn)獨(dú)占式訪問?；コ饬靠梢越档托盘?hào)量存在的優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)問題帶來的影響。

比如有兩個(gè)任務(wù)需要對(duì)串口進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)，其硬件資源只有一個(gè)，那么兩個(gè)任務(wù)肯定不能同時(shí)發(fā)送，不然導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，那么就可以用互斥量對(duì)串口資源進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)一個(gè)任務(wù)正在使用串口的時(shí)候，另一個(gè)任務(wù)則無法使用串口，等到前一個(gè)任務(wù)使用串口完成后， 另外一個(gè)任務(wù)才能獲得串口的使用權(quán)。

另外需要注意的是互斥量不能在中斷服務(wù)函數(shù)中使用，因?yàn)槠涮赜械膬?yōu)先級(jí)繼承機(jī)制只在任務(wù)起作用，在中斷的上下文環(huán)境毫無意義。

互斥信號(hào)量可以在多個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行資源保護(hù)，而臨界區(qū)只能是在同一個(gè)任務(wù)進(jìn)行，但是其速度快。（個(gè)人理解）

7.5信號(hào)量接口

所有信號(hào)量semaphore使用套路相近，都是創(chuàng)建creat、刪除delete、釋放give和獲取take四種；釋放和獲取支持任務(wù)級(jí)和中斷級(jí)FromISR，其中互斥量和遞歸互斥量不支持中斷。使用對(duì)應(yīng)的信號(hào)量，需要在FreeRTOSConfig.h開啟對(duì)應(yīng)的功能。

7.5.1信號(hào)量創(chuàng)建

xSemaphoreCreateBinary()用于創(chuàng)建一個(gè)二值信號(hào)量，并返回一個(gè)句柄，默認(rèn)二值信號(hào)量為空，在使用函數(shù) xSemaphoreTake()獲取之前必須 先 調(diào) 用 函 數(shù) xSemaphoreGive() 釋放后才可以獲取。

xSemaphoreCreateCounting()創(chuàng)建計(jì)數(shù)信號(hào)量。

1.#definexSemaphoreCreateCounting(uxMaxCount,uxInitialCount)

uxMaxCount計(jì)數(shù)信號(hào)量的最大值，當(dāng)達(dá)到這個(gè)值的時(shí)候，信號(hào)量不能再被釋放。uxInitialCount創(chuàng)建計(jì)數(shù)信號(hào)量的初始值。

xSemaphoreCreateMutex()用于創(chuàng)建一個(gè)互斥量，并返回一個(gè)互斥量句柄，只能被同一個(gè)任務(wù)獲取一次，如果同一個(gè)任務(wù)想再次獲取則會(huì)失敗。

xSemaphoreCreateRecursiveMutex()用于創(chuàng)建一個(gè)遞歸互斥量，遞歸信號(hào)量可以被同一個(gè)任務(wù)獲取很多次，獲取多少次就需要釋放多少次。遞歸信號(hào)量與互斥量一樣，都實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制，可以減少優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的反生。

7.5.2信號(hào)量刪除

vSemaphoreDelete()用于刪除一個(gè)信號(hào)量，包括二值信號(hào)量，計(jì)數(shù)信號(hào)量，互斥量和遞 歸互斥量。如果有任務(wù)阻塞在該信號(hào)量上，暫時(shí)不要?jiǎng)h除該信號(hào)量。傳入的參數(shù)為創(chuàng)建時(shí)返回的句柄。

7.5.3信號(hào)量釋放

當(dāng)信號(hào)量有效的時(shí)候，任務(wù)才能獲取信號(hào)量，信號(hào)量變得有效就是釋放信號(hào)量。每調(diào)用一次該函數(shù)就釋放一個(gè)信號(hào)量，注意釋放的次數(shù)，尤其是計(jì)數(shù)信號(hào)量。

xSemaphoreGive()是任務(wù)中釋放信號(hào)量的宏，可以用于二值信號(hào)量、計(jì)數(shù)信號(hào)量、互斥量的釋放，但不能釋放由函數(shù)xSemaphoreCreateRecursiveMutex()創(chuàng)建的遞歸互斥量，遞歸互斥信號(hào)量用xSemaphoreGiveRecursive()釋放。xSemaphoreGiveFromISR()帶中斷保護(hù)釋放一個(gè)信號(hào)量，被釋放的信號(hào)量可以是二值信號(hào)量和計(jì)數(shù)信號(hào)量，不能釋放互斥量和遞歸互斥量，因?yàn)榛コ饬亢瓦f歸互斥量不可在中斷中使用，互斥量的優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制只能在任務(wù)中起作用。

7.5.4信號(hào)量獲取

與釋放信號(hào)量對(duì)應(yīng)的是獲取信號(hào)量，當(dāng)信號(hào)量有效的時(shí)候，任務(wù)才能獲取信號(hào)量，當(dāng)任務(wù)獲取了某個(gè)信號(hào)量的時(shí)候，該信號(hào)量的可用個(gè)數(shù)就減一，當(dāng)它減到0 的時(shí)候，任務(wù)就無法再獲取了，并且獲取的任務(wù)會(huì)進(jìn)入阻塞態(tài)（如果設(shè)定了阻塞超時(shí)時(shí)間）。

xSemaphoreTake()函數(shù)用于獲取信號(hào)量，不帶中斷保護(hù)。獲取的信號(hào)量對(duì)象可以是二值信號(hào)量、計(jì)數(shù)信號(hào)量和互斥量，但是遞歸互斥量并不能使用它。

1.#definexSemaphoreTake(xSemaphore,xBlockTime)

xSemaphore信號(hào)量句柄

xBlockTime等待信號(hào)量可用的最大超時(shí)時(shí)間，單位為 tick

獲取 成 功 則 返 回 pdTRUE ，在 指定的 超時(shí) 時(shí)間 中 沒 有 獲 取 成 功 則 返 回errQUEUE_EMPTY。

使用xSemaphoreTakeRecursive()獲取遞歸互斥量。xSemaphoreTakeFromISR()是獲取信號(hào)量的中斷版本，是一個(gè)不帶阻塞機(jī)制獲取信號(hào)量的函數(shù)，獲取對(duì)象必須由是已經(jīng)創(chuàng)建的信號(hào)量，信號(hào)量類型可以是二值信號(hào)量和計(jì)數(shù)信號(hào)量，它與 xSemaphoreTake()函數(shù)不同，它不能用于獲取互斥量，因?yàn)榛コ饬坎豢梢栽谥袛嘀惺褂?，并且互斥量特有的?yōu)先級(jí)繼承機(jī)制只能在任務(wù)中起作用，而在中斷中毫無意義。

7.6信號(hào)量使用注意點(diǎn)

1、建議合理使用信號(hào)量進(jìn)行事件同步處理，減少對(duì)定時(shí)器的依賴。

2、使用前合理設(shè)定超時(shí)時(shí)間和依賴關(guān)系，避免多個(gè)任務(wù)互相等待對(duì)方釋放的信號(hào)量而死鎖。

八、事件

8.1事件的概念

信號(hào)量用于單個(gè)任務(wù)與任務(wù)或任務(wù)與中斷之間的同步，但有些任務(wù)可能與多個(gè)任務(wù)由關(guān)聯(lián)，此時(shí)信號(hào)量實(shí)現(xiàn)就比較麻煩，可以使用事件機(jī)制。

事件是一種實(shí)現(xiàn)任務(wù)間通信的機(jī)制，多任務(wù)環(huán)境下，任務(wù)、中斷之間往往需要同步操作，一個(gè)事件發(fā)生會(huì)告知等待中的任務(wù)，即形成一個(gè)任務(wù)與任務(wù)、中斷與任務(wù)間的同步。事件可以提供一對(duì)多、多對(duì)多的同步操作。一對(duì)多同步模型：一個(gè)任務(wù)等待多個(gè)事件的觸發(fā)，這種情況是比較常見的。

任務(wù)可以通過設(shè)置事件位來實(shí)現(xiàn)事件的觸發(fā)和等待操作。FreeRTOS 的事件僅用于同步，不提供數(shù)據(jù)傳輸功能。

8.2事件的應(yīng)用

在某些場合，可能需要多個(gè)事件發(fā)生了才能進(jìn)行下一步操作。各個(gè)事件可分別發(fā)送或一起操作事件標(biāo)志組，而任務(wù)可以等待多個(gè)事件，任務(wù)僅對(duì)感興趣的事件進(jìn)行關(guān)注。當(dāng)有感興趣的事件發(fā)生時(shí)并且符合感興趣的條件，任務(wù)將被喚醒并進(jìn)行后續(xù)的處理動(dòng)作。

其機(jī)制類似一個(gè)全局變量，子任務(wù)使用特殊的接口函數(shù)對(duì)指定的位進(jìn)行寫1或者清零，主任務(wù)阻塞等待該變量滿足設(shè)定的規(guī)則，則返回運(yùn)行。

例如項(xiàng)目中的喂狗機(jī)制，多個(gè)任務(wù)，只要有一個(gè)任務(wù)發(fā)生異常，則主任務(wù)停止喂狗，等待被重啟。

不使用事件機(jī)制，則3個(gè)任務(wù)定時(shí)向主master task發(fā)送消息，表明自身任務(wù)運(yùn)行正常；同時(shí)master task定時(shí)查詢，是否收到3個(gè)任務(wù)的消息，如果全都收到表示正常，清除進(jìn)入下一個(gè)定時(shí)檢查周期；如果其中一個(gè)未收到則表示對(duì)應(yīng)任務(wù)異常，故意停止喂狗等待被重啟。

使用事件機(jī)制，則相對(duì)容易，3個(gè)任務(wù)定時(shí)設(shè)置對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位，master task只需要等待指定的事件位，超時(shí)就表示異常；不需要自身定時(shí)查詢，也省去了定時(shí)發(fā)消息。當(dāng)然缺點(diǎn)是master task只能阻塞等待事件不能執(zhí)行其他業(yè)務(wù)邏輯。

8.3事件接口

xEventGroupCreate()用于創(chuàng)建一個(gè)事件組，vEventGroupDelete()刪除事件對(duì)象控制塊來釋放系統(tǒng)資源。

事件組置位，任務(wù)中使用 xEventGroupSetBits()，中斷中使用xEventGroupSetBitsFromISR()；

xEventGroup事件句柄。uxBitsToSet指定事件中的事件標(biāo)志位。如設(shè)置 uxBitsToSet 為 0x09 則位 3和位 0 都需要被置位。返回調(diào)用 xEventGroupSetBits() 時(shí)事件組中的值。

事件組清除位，任務(wù)中使用xEventGroupClearBits()，中斷中使用 xEventGroupClearBitsFromISR()，都是用于清除事件組指定的位，如果在獲取事件的時(shí)候沒有將對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位清除，那么就需要用這個(gè)函數(shù)來進(jìn)行顯式清除。

xEventGroup事件句柄。uxBitsToClear指定事件組中的哪個(gè)位需要清除。如設(shè)置 uxBitsToSet 為 0x09則位 3和位 0 都需要被清除。

讀取事件標(biāo)志，任務(wù)中使用 xEventGroupGetBits()，中斷中使用xEventGroupGetBitsFromISR()。

重點(diǎn)是等待事件函數(shù)xEventGroupWaitBits()，獲取任務(wù)感興趣的事件且支持等待超時(shí)機(jī)制，當(dāng)且僅當(dāng)任務(wù)等待的事件發(fā)生時(shí)，任務(wù)才能獲取到事件信息。否則任務(wù)將保持阻塞狀態(tài)以等待事件發(fā)生。當(dāng)其它任務(wù)或中斷服務(wù)程序往其等待的事件設(shè)置對(duì)應(yīng)的標(biāo)志位，該任務(wù)將自動(dòng)由阻塞態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)。

EventGroupWaitBits()用于獲取事件組中的一個(gè)或多個(gè)事件發(fā)生標(biāo)志，當(dāng)要讀取的事件標(biāo)志位沒有被置位時(shí)，任務(wù)將進(jìn)入阻塞等待狀態(tài)。要想使用該函數(shù)必 須 把FreeRTOS/source/event_groups.c 這個(gè) C 文件添加到工程中。

1.EventBits_txEventGroupWaitBits(EventGroupHandle_txEventGroup, 2.constEventBits_tuxBitsToWaitFor, 3.constBaseType_txClearOnExit, 4.constBaseType_txWaitForAllBits, 5.TickType_txTicksToWait)

參數(shù)

xEventGroup事件句柄。

uxBitsToWaitFor一個(gè)按位或的值，指定需要等待事件組中的哪些位置1。如需要等待 bits 0 and/or bit 1 and/or bit 2則 uxBitsToWaitFor 配置為 0x07(0111b)。

xClearOnExitpdTRUE：xEventGroupWaitBits() 等待到滿足任務(wù)喚醒的事件時(shí)，系統(tǒng)將清除由形參uxBitsToWaitFor 指定的事件標(biāo)志位。pdFALSE：不會(huì)清除由形參 uxBitsToWaitFor 指定的事件標(biāo)志位。

xWaitForAllBitspdTRUE ：當(dāng)形參 uxBitsToWaitFor 指定的位都置位的時(shí)候，xEventGroupWaitBits()才滿足任務(wù)喚醒的條件，這也是“邏輯與”等待事件，并且在沒有超時(shí)的情況下返回對(duì)應(yīng)的事件標(biāo)志位的值。pdFALSE：當(dāng)形參 uxBitsToWaitFor 指定的位有其中任意一個(gè)置位的時(shí)候，這也是常說的“邏輯或”等待事件，在沒有超時(shí)的情況下 函數(shù)返回對(duì)應(yīng)的事件標(biāo)志位的值。xTicksToWait最大超時(shí)時(shí)間，單位為系統(tǒng)節(jié)拍周期

返回值

返回事件中的哪些事件標(biāo)志位被置位，返回值很可能并不是用戶指定的事件位，需要對(duì)返回值進(jìn)行判斷再處理 。

其應(yīng)用類似某個(gè)全局變量，等待事件的任務(wù)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，監(jiān)控該變量某些位的值；該值由其他任務(wù)或中斷修改。

九、任務(wù)通知

FreeRTOS 從 V8.2.0 版本開始提供任務(wù)通知這個(gè)功能，可以在一定場合下替代 FreeRTOS 的信號(hào)量，隊(duì)列、事件組等，但是使用也有局限性。將宏定義 configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 設(shè)置為 1才能開啟開功能。但該功能并不常用。

十、內(nèi)存管理

10.1內(nèi)存管理的概念

FreeRTOS 內(nèi)存管理模塊管理用于系統(tǒng)中內(nèi)存資源，它是操作系統(tǒng)的核心模塊之一。主要包括內(nèi)存的初始化、分配以及釋放。一般不同的平臺(tái)移植代碼，內(nèi)存的動(dòng)態(tài)申請(qǐng)和釋放接口需要替換。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，一般不支持標(biāo)準(zhǔn)C庫中的 malloc()和 free()，其內(nèi)存有限，隨著內(nèi)存不斷被分配和釋放，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)域會(huì)產(chǎn)生越來越多的碎片。

FreeRTOS提供了 5 種內(nèi)存管理算法，源文件在SourceportableMemMang 路徑下，使用的時(shí)候選擇其中一個(gè)。heap_1.c、heap_2.c 和 heap_4.c 這三種內(nèi)存管理方案，內(nèi)存堆實(shí)際上是一個(gè)很大的 數(shù) 組ucHeap。

heap_1.c內(nèi)存管理方案簡單,它只能申請(qǐng)內(nèi)存而不能進(jìn)行內(nèi)存釋放。有些嵌入式系統(tǒng)并不會(huì)經(jīng)常動(dòng)態(tài)申請(qǐng)與釋放內(nèi)存，一般都是在系統(tǒng)啟動(dòng)后就一直使用下去，永不刪除，適合這種方式。

heap_2.c 方案支持釋放申請(qǐng)的內(nèi)存，但是它不能把相鄰的兩個(gè)小的內(nèi)存塊合成一個(gè)大的內(nèi)存塊，對(duì)于每次申請(qǐng)內(nèi)存大小都比較固定的；但每次申請(qǐng)并不是固定內(nèi)存大小的則會(huì)造成內(nèi)存碎片。如下圖，隨著不斷的申請(qǐng)釋放，空閑空間會(huì)變成很多小片段。

heap_3.c 方案只是封裝了標(biāo)準(zhǔn) C 庫中的 malloc()和 free()函數(shù)，由編譯器提供，需要通過編譯器或者啟動(dòng)文件設(shè)置堆空間。

heap_4.c 方案是在heap_2.c 基礎(chǔ)上，對(duì)內(nèi)存碎片進(jìn)行了改進(jìn)，能把相鄰的空閑的內(nèi)存塊合并成一個(gè)更大的塊，這樣可以減少內(nèi)存碎片。

heap_5.c 方案在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)與 heap4.c 方案一樣，采用最佳匹配算法和合并算法，并且允許內(nèi)存堆跨越多個(gè)非連續(xù)的內(nèi)存區(qū)，也就是允許在不連續(xù)的內(nèi)存堆中實(shí)現(xiàn)內(nèi)存分配，比如做圖形顯示，可能芯片內(nèi)部的 RAM 不足，額外擴(kuò)展SDRAM，那這種內(nèi)存管理方案則比較合適。

一般物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)使用的是heap_4.c。

10.2內(nèi)存管理接口

不管其內(nèi)部的管理如何實(shí)現(xiàn)的，對(duì)上層應(yīng)用層的接口都是一樣的。

1.void*pvPortMalloc(size_txSize);//內(nèi)存申請(qǐng)函數(shù) 2.voidvPortFree(void*pv);//內(nèi)存釋放函數(shù) 3.voidvPortInitialiseBlocks(void);//初始化內(nèi)存堆函數(shù) 4.size_txPortGetFreeHeapSize(void);//獲取當(dāng)前未分配的內(nèi)存堆大小 5.size_txPortGetMinimumEverFreeHeapSize(void);//獲取未分配的內(nèi)存堆歷史最小值

一般主要是使用內(nèi)存申請(qǐng)和釋放兩個(gè)接口，用法和注意事項(xiàng)同malloc/free一樣，成對(duì)使用。內(nèi)存釋放后盡量將指針設(shè)為NULL。

十一、通用接口

一些常用接口進(jìn)行說明。

11.1臨界段

進(jìn)入和退出臨界段的宏在 task.h 中定義，進(jìn)入和退出臨界段的宏分中斷保護(hù)版本和非中斷版本，但最終都是通過開/關(guān)中斷來實(shí)現(xiàn)。主要用于對(duì)全局變量的控制，系統(tǒng)使用非常多，但實(shí)際項(xiàng)目中沒使用，因?yàn)槿肿兞康漠惓ＴL問時(shí)小概率問題，只是測試沒發(fā)現(xiàn)，理論上是存在問題的。

1./*在中斷場合*/{ 2.uint32_tulReturn; 3. 4.ulReturn=taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR();/*進(jìn)入臨界段，臨界段可以嵌套*/ 5. 6./*臨界段代碼*/ 7. 8.taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(ulReturn);}/*退出臨界段*/1./*在非中斷場合*/{ 2. 3.taskENTER_CRITICAL();/*進(jìn)入臨界段*/ 4. 5./*臨界段代碼*/ 6. 7.taskEXIT_CRITICAL();}/*退出臨界段*/

11.2任務(wù)阻塞延時(shí)

vTaskDelay ()阻塞延時(shí)，任務(wù)調(diào)用該延時(shí)函數(shù)后會(huì)被剝離 CPU 使用權(quán)，進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到延時(shí)結(jié)束。但是該函數(shù)不能用在中斷服務(wù)和定時(shí)回調(diào)函數(shù)。延時(shí)單位是tick。

11.3獲取系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)值

1.TickType_txTaskGetTickCount(void) 2.TickType_txTaskGetTickCountFromISR(void)

注意該接口分任務(wù)版和中斷版，該接口獲取的是tick計(jì)數(shù)值，需要結(jié)合系統(tǒng)時(shí)鐘頻率轉(zhuǎn)換成時(shí)間。

11.4中斷回調(diào)函數(shù)

和其它平臺(tái)不同，中斷回調(diào)中釋放中斷標(biāo)記即可，freeRTOS中，中斷觸發(fā)后，可能某些阻塞的任務(wù)獲取了相關(guān)信號(hào)，需要立刻執(zhí)行，因此中斷服務(wù)發(fā)送消息后，需要主動(dòng)查詢阻塞任務(wù)的情況，執(zhí)行任務(wù)切換動(dòng)作。

1.staticuint32_tulExampleInterruptHandler(void) 2.{ 3.BaseType_txHigherPriorityTaskWoken; 4. 5.xQueueSendToBackFromISR(xQueueRx,&cChar,&xHigherPriorityTaskWoken); 6.portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken); 7.}

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