freertos移植教程

　　準備

　　在移植之前，我們首先要獲取到FreeRTOS的官方的源碼包。這里我們提供兩個下載鏈接：

　　一個是官網(wǎng)：http://www.freertos.org/

　　另外一個是代碼托管網(wǎng)站：https://sourceforge.net/projects/freertos/files/FreeRTOS/

　　這里我們演示如何在代碼托管網(wǎng)站里面下載。打開網(wǎng)站鏈接之后，我們選擇FreeRTOS的最新版本V9.0.0（2016年），盡管現(xiàn)在FreeRTOS的版本已經(jīng)更新到V10.0.1了，但是我們還是選擇V9.0.0，因為內(nèi)核很穩(wěn)定，并且網(wǎng)上資料很多，因為V10.0.0版本之后是亞馬遜收購了FreeRTOS之后才出來的版本，主要添加了一些云端組件，我們本書所講的FreeRTOS是實時內(nèi)核，采用V9.0.0版本足以。

　　簡單介紹FreeRTOS

　　FreeRTOS包含Demo例程和內(nèi)核源碼（比較重要，我們就需要提取該目錄下的大部分文件）。

　　Source文件夾里面包含的是FreeRTOS內(nèi)核的源代碼，我們移植FreeRTOS的時候就需要這部分源代碼；

　　Demo 文件夾里面包含了FreeRTOS官方為各個單片機移植好的工程代碼，F(xiàn)reeRTOS為了推廣自己，會給各種半導(dǎo)體廠商的評估板寫好完整的工程程序，這些程序就放在Demo這個目錄下，這部分Demo非常有參考價值。

　　Source文件夾

　　這里我們再重點分析下FreeRTOS/ Source文件夾下的文件，①和③包含的是FreeRTOS的通用的頭文件和C文件，這兩部分的文件試用于各種編譯器和處理器，是通用的。需要移植的頭文件和C文件放在②portblle這個文件夾。

　　portblle文件夾，是與編譯器相關(guān)的文件夾，在不同的編譯器中使用不同的支持文件。①中的KEIL就是我們就是我們使用的編譯器，其實KEIL里面的內(nèi)容跟RVDS里面的內(nèi)容一樣，所以我們只需要③RVDS文件夾里面的內(nèi)容即可，里面包含了各種處理器相關(guān)的文件夾，從文件夾的名字我們就非常熟悉了，我們學(xué)習的STM32有M0、M3、M4等各種系列，F(xiàn)reeRTOS是一個軟件，單片機是一個硬件，F(xiàn)reeRTOS要想運行在一個單片機上面，它們就必須關(guān)聯(lián)在一起。MemMang文件夾下存放的是跟內(nèi)存管理相關(guān)的源文件。

　　移植過程

　　提取源碼

　　1.首先在我們的STM32裸機工程模板根目錄下新建一個文件夾，命名為“FreeRTOS”，并且在FreeRTOS文件夾下新建兩個空文件夾，分別命名為“src”與“port”，src文件夾用于保存FreeRTOS中的核心源文件，也就是我們常說的‘.c文件’，port文件夾用于保存內(nèi)存管理以及處理器架構(gòu)相關(guān)代碼，這些代碼FreeRTOS官方已經(jīng)提供給我們的，直接使用即可，在前面已經(jīng)說了，F(xiàn)reeRTOS是軟件，我們的開發(fā)版是硬件，軟硬件必須有橋梁來連接，這些與處理器架構(gòu)相關(guān)的代碼，可以稱之為RTOS硬件接口層，它們位于FreeRTOS/Source/Portable文件夾下。

　　2.打開FreeRTOS V9.0.0源碼，在“FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Source”目錄下找到所有的‘.c文件’，將它們拷貝到我們新建的src文件夾中，

　　3.打開FreeRTOS V9.0.0源碼，在“FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Source\portable”目錄下找到“MemMang”文件夾與“RVDS”文件夾，將它們拷貝到我們新建的port文件夾中

　　4.打開FreeRTOS V9.0.0源碼，在“FreeRTOSv9.0.0\ FreeRTOS\Source”目錄下找到“include”文件夾，它是我們需要用到FreeRTOS的一些頭文件，將它直接拷貝到我們新建的FreeRTOS文件夾中，完成這一步之后就可以看到我們新建的FreeRTOS文件夾已經(jīng)有3個文件夾，這3個文件夾就包含F(xiàn)reeRTOS的核心文件，至此，F(xiàn)reeRTOS的源碼就提取完成。

　　添加到工程

　　添加FreeRTOSConfig.h文件

　　FreeRTOSConfig.h文件是FreeRTOS的工程配置文件，因為FreeRTOS是可以裁剪的實時操作內(nèi)核，應(yīng)用于不同的處理器平臺，用戶可以通過修改這個FreeRTOS內(nèi)核的配置頭文件來裁剪FreeRTOS的功能，所以我們把它拷貝一份放在user這個文件夾下面。

　　打開FreeRTOSv9.0.0源碼，在“FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Demo”文件夾下面找到“CORTEX_STM32F103_Keil”這個文件夾，雙擊打開，在其根目錄下找到這個“FreeRTOSConfig.h”文件，然后拷貝到我們工程的user文件夾下即可，等下我們需要對這個文件進行修改。

　　創(chuàng)建工程分組

　　接下來我們在mdk里面新建FreeRTOS/src和FreeRTOS/port兩個組文件夾，其中FreeRTOS/src用于存放src文件夾的內(nèi)容，F(xiàn)reeRTOS/port用于存放port\MemMang文件夾 與port\RVDS\ARM_CM3文件夾的內(nèi)容。

　　然后我們將工程文件中FreeRTOS的內(nèi)容添加到工程中去，按照已經(jīng)新建的分組添加我們的FreeRTOS工程源碼。

　　在FreeRTOS/port分組中添加MemMang文件夾中的文件只需選擇其中一個即可，我們選擇“heap_4.c”，這是FreeRTOS的一個內(nèi)存管理源碼文件。

　　添加完成后：

　　** 添加頭文件路徑**

　　FreeRTOS的源碼已經(jīng)添加到開發(fā)環(huán)境的組文件夾下面，編譯的時候需要為這些源文件指定頭文件的路徑，不然編譯會報錯。FreeRTOS的源碼里面只有FreeRTOS\include和FreeRTOS\port\RVDS\ARM_CM3這兩個文件夾下面有頭文件，只需要將這兩個頭文件的路徑在開發(fā)環(huán)境里面指定即可。同時我們還將FreeRTOSConfig.h這個頭文件拷貝到了工程根目錄下的user文件夾下，所以user的路徑也要加到開發(fā)環(huán)境里面。

　　修改FreeRTOSConfig.h

　　FreeRTOSConfig.h是直接從demo文件夾下面拷貝過來的，該頭文件對裁剪整個FreeRTOS所需的功能的宏均做了定義，有些宏定義被使能，有些宏定義被失能，一開始我們只需要配置最簡單的功能即可。要想隨心所欲的配置FreeRTOS的功能，我們必須對這些宏定義的功能有所掌握，下面我們先簡單的介紹下這些宏定義的含義，然后再對這些宏定義進行修改。

　　#ifndef FREERTOS_CONFIG_H

　　#define FREERTOS_CONFIG_H

　　#include “stm32f10x.h”

　　#include “bsp_usart.h”

　　//針對不同的編譯器調(diào)用不同的stdint.h文件

　　#if defined（__ICCARM__） || defined（__CC_ARM） || defined（__GNUC__）

　　#include 《stdint.h》

　　extern uint32_t SystemCoreClock;

　　#endif

　　//斷言

　　#define vAssertCalled（char，int） printf（“Error：%s，%d\r\n”，char，int）

　　#define configASSERT（x） if（（x）==0） vAssertCalled（__FILE__，__LINE__）

　　/************************************************************************

　　* FreeRTOS基礎(chǔ)配置配置選項

　　*********************************************************************/

　　/* 置1：RTOS使用搶占式調(diào)度器；置0：RTOS使用協(xié)作式調(diào)度器（時間片）

　　*

　　* 注：在多任務(wù)管理機制上，操作系統(tǒng)可以分為搶占式和協(xié)作式兩種。

　　* 協(xié)作式操作系統(tǒng)是任務(wù)主動釋放CPU后，切換到下一個任務(wù)。

　　* 任務(wù)切換的時機完全取決于正在運行的任務(wù)。

　　*/

　　#define configUSE_PREEMPTION 1

　　//1使能時間片調(diào)度（默認式使能的）

　　#define configUSE_TIME_SLICING 1

　　/* 某些運行FreeRTOS的硬件有兩種方法選擇下一個要執(zhí)行的任務(wù)：

　　* 通用方法和特定于硬件的方法（以下簡稱“特殊方法”）。

　　*

　　* 通用方法：

　　* 1.configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 為 0 或者硬件不支持這種特殊方法。

　　* 2.可以用于所有FreeRTOS支持的硬件

　　* 3.完全用C實現(xiàn)，效率略低于特殊方法。

　　* 4.不強制要求限制最大可用優(yōu)先級數(shù)目

　　* 特殊方法：

　　* 1.必須將configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION設(shè)置為1。

　　* 2.依賴一個或多個特定架構(gòu)的匯編指令（一般是類似計算前導(dǎo)零［CLZ］指令）。

　　* 3.比通用方法更高效

　　* 4.一般強制限定最大可用優(yōu)先級數(shù)目為32

　　* 一般是硬件計算前導(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_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1

　　/* 置1：使能低功耗tickless模式；置0：保持系統(tǒng)節(jié)拍（tick）中斷一直運行

　　* 假設(shè)開啟低功耗的話可能會導(dǎo)致下載出現(xiàn)問題，因為程序在睡眠中，可用以下辦法解決

　　*

　　* 下載方法：

　　* 1.將開發(fā)版正常連接好

　　* 2.按住復(fù)位按鍵，點擊下載瞬間松開復(fù)位按鍵

　　*

　　* 1.通過跳線帽將 BOOT 0 接高電平（3.3V）

　　* 2.重新上電，下載

　　*

　　* 1.使用FlyMcu擦除一下芯片，然后進行下載

　　* STMISP -》 清除芯片（z）

　　*/

　　#define configUSE_TICKLESS_IDLE 0

　　/*

　　* 寫入實際的CPU內(nèi)核時鐘頻率，也就是CPU指令執(zhí)行頻率，通常稱為Fclk

　　* Fclk為供給CPU內(nèi)核的時鐘信號，我們所說的cpu主頻為 XX MHz，

　　* 就是指的這個時鐘信號，相應(yīng)的，1/Fclk即為cpu時鐘周期；

　　*/

　　#define configCPU_CLOCK_HZ （SystemCoreClock）

　　//RTOS系統(tǒng)節(jié)拍中斷的頻率。即一秒中斷的次數(shù)，每次中斷RTOS都會進行任務(wù)調(diào)度

　　#define configTICK_RATE_HZ （（ TickType_t ）1000）

　　//可使用的最大優(yōu)先級

　　#define configMAX_PRIORITIES （32）

　　//空閑任務(wù)使用的堆棧大小

　　#define configMINIMAL_STACK_SIZE （（unsigned short）128）

　　//任務(wù)名字字符串長度

　　#define configMAX_TASK_NAME_LEN （16）

　　//系統(tǒng)節(jié)拍計數(shù)器變量數(shù)據(jù)類型，1表示為16位無符號整形，0表示為32位無符號整形

　　#define configUSE_16_BIT_TICKS 0

　　//空閑任務(wù)放棄CPU使用權(quán)給其他同優(yōu)先級的用戶任務(wù)

　　#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1

　　//啟用隊列

　　#define configUSE_QUEUE_SETS 1

　　//開啟任務(wù)通知功能，默認開啟

　　#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1

　　//使用互斥信號量

　　#define configUSE_MUTEXES 1

　　//使用遞歸互斥信號量

　　#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1

　　//為1時使用計數(shù)信號量

　　#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1

　　/* 設(shè)置可以注冊的信號量和消息隊列個數(shù) */

　　#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 10

　　#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0

　　/*****************************************************************

　　FreeRTOS與內(nèi)存申請有關(guān)配置選項

　　*****************************************************************/

　　//支持動態(tài)內(nèi)存申請

　　#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1

　　//支持靜態(tài)內(nèi)存

　　#define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 0

　　//系統(tǒng)所有總的堆大小

　　#define configTOTAL_HEAP_SIZE （（size_t）（36*1024））

　　/***************************************************************

　　FreeRTOS與鉤子函數(shù)有關(guān)的配置選項

　　**************************************************************/

　　/* 置1：使用空閑鉤子（Idle Hook類似于回調(diào)函數(shù)）；置0：忽略空閑鉤子

　　*

　　* 空閑任務(wù)鉤子是一個函數(shù)，這個函數(shù)由用戶來實現(xiàn)，

　　* FreeRTOS規(guī)定了函數(shù)的名字和參數(shù)：void vApplicationIdleHook（void ），

　　* 這個函數(shù)在每個空閑任務(wù)周期都會被調(diào)用

　　* 對于已經(jīng)刪除的RTOS任務(wù)，空閑任務(wù)可以釋放分配給它們的堆棧內(nèi)存。

　　* 因此必須保證空閑任務(wù)可以被CPU執(zhí)行

　　* 使用空閑鉤子函數(shù)設(shè)置CPU進入省電模式是很常見的

　　* 不可以調(diào)用會引起空閑任務(wù)阻塞的API函數(shù)

　　*/

　　#define configUSE_IDLE_HOOK 0

　　/* 置1：使用時間片鉤子（Tick Hook）；置0：忽略時間片鉤子

　　*

　　*

　　* 時間片鉤子是一個函數(shù)，這個函數(shù)由用戶來實現(xiàn)，

　　* FreeRTOS規(guī)定了函數(shù)的名字和參數(shù)：void vApplicationTickHook（void ）

　　* 時間片中斷可以周期性的調(diào)用

　　* 函數(shù)必須非常短小，不能大量使用堆棧，

　　* 不能調(diào)用以”FromISR“ 或 ”FROM_ISR”結(jié)尾的API函數(shù)

　　*/

　　/*xTaskIncrementTick函數(shù)是在xPortSysTickHandler中斷函數(shù)中被調(diào)用的。因此，vApplicationTickHook（）函數(shù)執(zhí)行的時間必須很短才行*/

　　#define configUSE_TICK_HOOK 0

　　//使用內(nèi)存申請失敗鉤子函數(shù)

　　#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0

　　/*

　　* 大于0時啟用堆棧溢出檢測功能，如果使用此功能

　　* 用戶必須提供一個棧溢出鉤子函數(shù)，如果使用的話

　　* 此值可以為1或者2，因為有兩種棧溢出檢測方法 */

　　#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0

　　/********************************************************************

　　FreeRTOS與運行時間和任務(wù)狀態(tài)收集有關(guān)的配置選項

　　**********************************************************************/

　　//啟用運行時間統(tǒng)計功能

　　#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 0

　　//啟用可視化跟蹤調(diào)試

　　#define configUSE_TRACE_FACILITY 0

　　/* 與宏configUSE_TRACE_FACILITY同時為1時會編譯下面3個函數(shù)

　　* prvWriteNameToBuffer（）

　　* vTaskList（），

　　* vTaskGetRunTimeStats（）

　　*/

　　#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1

　　/********************************************************************

　　FreeRTOS與協(xié)程有關(guān)的配置選項

　　*********************************************************************/

　　//啟用協(xié)程，啟用協(xié)程以后必須添加文件croutine.c

　　#define configUSE_CO_ROUTINES 0

　　//協(xié)程的有效優(yōu)先級數(shù)目

　　#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES （ 2 ）

　　/***********************************************************************

　　FreeRTOS與軟件定時器有關(guān)的配置選項

　　**********************************************************************/

　　//啟用軟件定時器

　　#define configUSE_TIMERS 1

　　//軟件定時器優(yōu)先級

　　#define configTIMER_TASK_PRIORITY （configMAX_PRIORITIES-1）

　　//軟件定時器隊列長度

　　#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 10

　　//軟件定時器任務(wù)堆棧大小

　　#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH （configMINIMAL_STACK_SIZE*2）

　　/************************************************************

　　FreeRTOS可選函數(shù)配置選項

　　************************************************************/

　　#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

　　//#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 1

　　//#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 0

　　//#define INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle 0

　　/******************************************************************

　　FreeRTOS與中斷有關(guān)的配置選項

　　******************************************************************/

　　#ifdef __NVIC_PRIO_BITS

　　#define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS

　　#else

　　#define configPRIO_BITS 4

　　#endif

　　//中斷最低優(yōu)先級

　　#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15

　　//系統(tǒng)可管理的最高中斷優(yōu)先級

　　#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5

　　#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY （ configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 《《 （8 - configPRIO_BITS） ） /* 240 */

　　#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

　　****************************************************************/

　　#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler

　　#define vPortSVCHandler SVC_Handler

　　/* 以下為使用Percepio Tracealyzer需要的東西，不需要時將 configUSE_TRACE_FACILITY 定義為 0 */

　　#if （ configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ）

　　#include “trcRecorder.h”

　　#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 1 // 啟用一個可選函數(shù)（該函數(shù)被 Trace源碼使用，默認該值為0 表示不用）

　　#endif

　　#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

　　修改stm32f10x_it.c

　　SysTick中斷服務(wù)函數(shù)是一個非常重要的函數(shù)，F(xiàn)reeRTOS所有跟時間相關(guān)的事情都在里面處理，SysTick就是FreeRTOS的一個心跳時鐘，驅(qū)動著FreeRTOS的運行，就像人的心跳一樣，假如沒有心跳，我們就相當于“死了”，同樣的，F(xiàn)reeRTOS沒有了心跳，那么它就會卡死在某個地方，不能進行任務(wù)調(diào)度，不能運行任何的東西，因此我們需要實現(xiàn)一個FreeRTOS的心跳時鐘，F(xiàn)reeRTOS幫我們實現(xiàn)了SysTick的啟動的配置：在port.c文件中已經(jīng)實現(xiàn)vPortSetupTimerInterrupt（）函數(shù)，并且FreeRTOS通用的SysTick中斷服務(wù)函數(shù)也實現(xiàn)了：在port.c文件中已經(jīng)實現(xiàn)xPortSysTickHandler（）函數(shù)，所以移植的時候只需要我們在stm32f10x_it.c文件中實現(xiàn)我們對應(yīng)（STM32）平臺上的SysTick_Handler（）函數(shù)即可。FreeRTOS為開發(fā)者考慮得特別多，PendSV_Handler（）與SVC_Handler（）這兩個很重要的函數(shù)都幫我們實現(xiàn)了，在在port.c文件中已經(jīng)實現(xiàn)xPortPendSVHandler（）與vPortSVCHandler（）函數(shù)，防止我們自己實現(xiàn)不了，那么在stm32f10x_it.c中就需要我們注釋掉PendSV_Handler（）與SVC_Handler（）這兩個函數(shù)了。

　　//void SVC_Handler（void）

　　//{

　　//}

　　//void PendSV_Handler（void）

　　//{

　　//}

　　extern void xPortSysTickHandler（void）;

　　//systick中斷服務(wù)函數(shù)

　　void SysTick_Handler（void）

　　{

　　#if （INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 ）

　　if （xTaskGetSchedulerState（） ！= taskSCHEDULER_NOT_STARTED）

　　{

　　#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */

　　xPortSysTickHandler（）;

　　#if （INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 ）

　　}

　　#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */

　　}

　　創(chuàng)建任務(wù)

　　這里，我們創(chuàng)建一個單任務(wù)，任務(wù)使用的棧和任務(wù)控制塊是在創(chuàng)建任務(wù)的時候FreeRTOS動態(tài)分配的。

　　任務(wù)必須是一個死循環(huán)，否則任務(wù)將通過LR返回，如果LR指向了非法的內(nèi)存就會產(chǎn)生HardFault_Handler，而FreeRTOS指向一個死循環(huán)，那么任務(wù)返回之后就在死循環(huán)中執(zhí)行，這樣子的任務(wù)是不安全的，所以避免這種情況，任務(wù)一般都是死循環(huán)并且無返回值的。

　　并且每個任務(wù)循環(huán)主體中應(yīng)該有阻塞任務(wù)的函數(shù)，否則就會餓死比它優(yōu)先級更低的任務(wù)?。?！

　　/* FreeRTOS頭文件 */

　　#include “FreeRTOS.h”

　　#include “task.h”

　　/* 開發(fā)板硬件bsp頭文件 */

　　#include “bsp_led.h”

　　static void AppTaskCreate（void）;/* AppTask任務(wù) */

　　/* 創(chuàng)建任務(wù)句柄 */

　　static TaskHandle_t AppTask_Handle = NULL;

　　int main（void）

　　{

　　BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定義一個創(chuàng)建信息返回值，默認為pdPASS */

　　/* 開發(fā)板硬件初始化 */

　　BSP_Init（）;

　　/* 創(chuàng)建AppTaskCreate任務(wù) */

　　xReturn = xTaskCreate（（TaskFunction_t ）AppTask， /* 任務(wù)入口函數(shù) */

　　（const char* ）“AppTask”，/* 任務(wù)名字 */

　　（uint16_t ）512， /* 任務(wù)棧大小 */

　?。╲oid* ）NULL，/* 任務(wù)入口函數(shù)參數(shù) */

　?。║BaseType_t ）1， /* 任務(wù)的優(yōu)先級 */

　　（TaskHandle_t* ）&AppTask_Handle）;/* 任務(wù)控制塊指針 */

　　/* 啟動任務(wù)調(diào)度 */

　　if（pdPASS == xReturn）

　　vTaskStartScheduler（）; /* 啟動任務(wù)，開啟調(diào)度 */

　　else

　　return -1;

　　while（1）; /* 正常不會執(zhí)行到這里 */

　　}

　　static void AppTask（void* parameter）

　　{

　　while （1）

　　{

　　LED1_ON;

　　vTaskDelay（500）; /* 延時500個tick */

　　LED1_OFF;

　　vTaskDelay（500）; /* 延時500個tick */

　　}

　　}

　　freertos任務(wù)調(diào)度原理

　　本章教程為大家將介紹 FreeRTOS 操作系統(tǒng)支持的任務(wù)調(diào)度方式：搶占式，時間片和合作式，這部分算是 FreeRTOS 操作系統(tǒng)的核心了。 對于初學(xué)者來說，要一下子就能夠理解這些比較困難，需要多花些時間把這些基本概念搞清楚，然后閱讀下源碼，深入理解實現(xiàn)方法。

　　關(guān)于合作式調(diào)度器的特別說明

　　FreeRTOS 支持的調(diào)度方式

　　FreeRTOS 操作系統(tǒng)支持三種調(diào)度方式：搶占式調(diào)度，時間片調(diào)度和合作式調(diào)度。 實際應(yīng)用主要是搶占式調(diào)度和時間片調(diào)度，合作式調(diào)度用到的很少。搶占式調(diào)度每個任務(wù)都有不同的優(yōu)先級，任務(wù)會一直運行直到被高優(yōu)先級任務(wù)搶占或者遇到阻塞式的 API 函數(shù)，比如 vTaskDelay。時間片調(diào)度每個任務(wù)都有相同的優(yōu)先級，任務(wù)會運行固定的時間片個數(shù)或者遇到阻塞式的 API 函數(shù)，比如vTaskDelay，才會執(zhí)行同優(yōu)先級任務(wù)之間的任務(wù)切換。

　　什么是調(diào)度器

　　簡單的說，調(diào)度器就是使用相關(guān)的調(diào)度算法來決定當前需要執(zhí)行的任務(wù)。所有的調(diào)度器有一個共同的特性：

　　調(diào)度器可以區(qū)分就緒態(tài)任務(wù)和掛起任務(wù)（由于延遲，信號量等待，郵箱等待，事件組等待等原因而使得任務(wù)被掛起）。

　　調(diào)度器可以選擇就緒態(tài)中的一個任務(wù)，然后激活它（通過執(zhí)行這個任務(wù)）。 當前正在執(zhí)行的任務(wù)是運行態(tài)的任務(wù)。

　　不同調(diào)度器之間最大的區(qū)別就是如何分配就緒態(tài)任務(wù)間的完成時間。

　　嵌入式實時操作系統(tǒng)的核心就是調(diào)度器和任務(wù)切換，調(diào)度器的核心就是調(diào)度算法。任務(wù)切換的實現(xiàn)在不同的嵌入式實時操作系統(tǒng)中區(qū)別不大，基本相同的硬件內(nèi)核架構(gòu)，任務(wù)切換也是相似的。調(diào)度算法就有些區(qū)別了。下面我們主要了解一下?lián)屨际秸{(diào)度器和時間片調(diào)度器。

　　搶占式調(diào)度器基本概念

　　在實際的應(yīng)用中，不同的任務(wù)需要不同的響應(yīng)時間。例如，我們在一個應(yīng)用中需要使用電機，鍵盤和LCD 顯示。電機比鍵盤和 LCD 需要更快速的響應(yīng)，如果我們使用合作式調(diào)度器或者時間片調(diào)度，那么電機將無法得到及時的響應(yīng)，這時搶占式調(diào)度是必須的。

　　如果使用了搶占式調(diào)度，最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到 CPU 的控制權(quán)。 比如，當一個運行著的任務(wù)被其它高優(yōu)先級的任務(wù)搶占，當前任務(wù)的 CPU 使用權(quán)就被剝奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務(wù)立刻得到了 CPU 的控制權(quán)并運行。 又比如，如果中斷服務(wù)程序使一個高優(yōu)先級的任務(wù)進入就緒態(tài)，中斷完成時，被中斷的低優(yōu)先級任務(wù)被掛起，優(yōu)先級高的那個任務(wù)開始運行。

　　使用搶占式調(diào)度器，使得最高優(yōu)先級的任務(wù)什么時候可以得到 CPU 的控制權(quán)并運行是可知的，同時使得任務(wù)級響應(yīng)時間得以最優(yōu)化。

　　總的來說，學(xué)習搶占式調(diào)度要掌握的最關(guān)鍵一點是：每個任務(wù)都被分配了不同的優(yōu)先級，搶占式調(diào)度器會獲得就緒列表中優(yōu)先級最高的任務(wù)，并運行這個任務(wù)。

　　FreeRTOS 搶占式調(diào)度器的實現(xiàn)

　　如果用戶在 FreeRTOS 的配置文件 FreeRTOSConfig.h 中禁止使用時間片調(diào)度， 那么每個任務(wù)必須配置不同的優(yōu)先級。當 FreeRTOS 多任務(wù)啟動執(zhí)行后，基本會按照如下的方式去執(zhí)行：

　　首先執(zhí)行的最高優(yōu)先級的任務(wù) Task1， Task1 會一直運行直到遇到系統(tǒng)阻塞式的 API 函數(shù)，比如延遲，事件標志等待，信號量等待，Task1 任務(wù)會被掛起，也就是釋放 CPU 的執(zhí)行權(quán)，讓低優(yōu)先級的任務(wù)得到執(zhí)行。

　　FreeRTOS 操作系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)就緒列表中下一個最高優(yōu)先級的任務(wù) Task2，Task2 執(zhí)行過程中有兩種情況：

　　Task1由于延遲時間到， 接收到信號量消息等方面的原因， 使得 Task1從掛起狀態(tài)恢復(fù)到就緒態(tài)，在搶占式調(diào)度器的作用下，Task2 的執(zhí)行會被 Task1 搶占。

　　Task2 會一直運行直到遇到系統(tǒng)阻塞式的 API 函數(shù)，比如延遲，事件標志等待，信號量等待， Task2任務(wù)會被掛起，繼而執(zhí)行就緒列表中下一個最高優(yōu)先級的任務(wù)。

　　如果用戶創(chuàng)建了多個任務(wù)并且采用搶占式調(diào)度器的話，基本都是按照上面兩條來執(zhí)行。 根據(jù)搶占式調(diào)度器，當前的任務(wù)要么被高優(yōu)先級任務(wù)搶占，要么通過調(diào)用阻塞式 API 來釋放 CPU 使用權(quán)讓低優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行，沒有用戶任務(wù)執(zhí)行時就執(zhí)行空閑任務(wù)。

　　運行條件：

　　這里僅對搶占式調(diào)度進行說明。

　　創(chuàng)建 3 個任務(wù) Task1，Task2 和 Task3。

　　Task1 的優(yōu)先級為 1，Task2 的優(yōu)先級為 2，Task3 的優(yōu)先級為 3。 FreeRTOS 操作系統(tǒng)是設(shè)置的數(shù)值越小任務(wù)優(yōu)先級越低，故 Task3 的優(yōu)先級最高，Task1 的優(yōu)先級最低。

　　此框圖是 FreeRTOS 操作系統(tǒng)運行過程中的一部分。

　　運行過程描述如下：

　　此時任務(wù) Task1 在運行中，運行過程中由于 Task2 就緒，在搶占式調(diào)度器的作用下任務(wù) Task2 搶占Task1 的執(zhí)行。 Task2 進入到運行態(tài)，Task1 由運行態(tài)進入到就緒態(tài)。

　　任務(wù) Task2 在運行中，運行過程中由于 Task3 就緒，在搶占式調(diào)度器的作用下任務(wù) Task3 搶占 Task2的執(zhí)行。 Task3 進入到運行態(tài)，Task2 由運行態(tài)進入到就緒態(tài)。

　　任務(wù) Task3 運行過程中調(diào)用了阻塞式 API 函數(shù)，比如 vTaskDelay，任務(wù) Task3 被掛起，在搶占式調(diào)度器的作用下查找到下一個要執(zhí)行的最高優(yōu)先級任務(wù)是 Task2，任務(wù) Task2 由就緒態(tài)進入到運行態(tài)。

　　任務(wù) Task2 在運行中，運行過程中由于 Task3 再次就緒，在搶占式調(diào)度器的作用下任務(wù) Task3 搶占Task2 的執(zhí)行。 Task3 進入到運行態(tài)，Task2 由運行態(tài)進入到就緒態(tài)。

　　上面就是一個簡單的不同優(yōu)先級任務(wù)通過搶占式調(diào)度進行任務(wù)調(diào)度和任務(wù)切換的過程。

　　時間片調(diào)度器基本概念

　　在小型的嵌入式 RTOS 中，最常用的的時間片調(diào)度算法就是 Round-robin 調(diào)度算法。這種調(diào)度算法可以用于搶占式或者合作式的多任務(wù)中。另外，時間片調(diào)度適合用于不要求任務(wù)實時響應(yīng)的情況。

　　實現(xiàn) Round-robin 調(diào)度算法需要給同優(yōu)先級的任務(wù)分配一個專門的列表，用于記錄當前就緒的任務(wù)，并為每個任務(wù)分配一個時間片（也就是需要運行的時間長度，時間片用完了就進行任務(wù)切換）。

　　FreeRTOS 時間片調(diào)度器的實現(xiàn)在 FreeRTOS 操作系統(tǒng)中只有同優(yōu)先級任務(wù)才會使用時間片調(diào)度，另外還需要用戶在FreeRTOSConfig.h 文件中使能宏定義：

　　#define configUSE_TIME_SLICING 1默認情況下，此宏定義已經(jīng)在 FreeRTOS.h 文件里面使能了，用戶可以不用在 FreeRTOSConfig.h 文件中再單獨使能。

　　下面我們通過如下的框圖來說明一下時間片調(diào)度在 FreeRTOS 中的運行過程，讓大家有一個形象的認識。

　　運行條件：

　　這里僅對時間片調(diào)度進行說明。

　　創(chuàng)建 4 個同優(yōu)先級任務(wù) Task1，Task2，Task3 和 Task4。

　　每個任務(wù)分配的時間片大小是 5 個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍。

　　運行過程描述如下：

　　先運行任務(wù) Task1，運行夠 5 個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍后，通過時間片調(diào)度切換到任務(wù) Task2。

　　任務(wù) Task2 運行夠 5 個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍后，通過時間片調(diào)度切換到任務(wù) Task3。

　　任務(wù) Task3 在運行期間調(diào)用了阻塞式 API 函數(shù)，調(diào)用函數(shù)時，雖然 5 個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍的時間片大小還沒有用完，此時依然會通過時間片調(diào)度切換到下一個任務(wù) Task4。 （注意，沒有用完的時間片不會再使用，下次任務(wù) Task3 得到執(zhí)行還是按照 5 個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍運行）

　　任務(wù) Task4 運行夠 5 個系統(tǒng)時鐘節(jié)拍后，通過時間片調(diào)度切換到任務(wù) Task1。

　　上面就是一個簡單的同優(yōu)先級任務(wù)通過時間片調(diào)度進行任務(wù)調(diào)度和任務(wù)切換的過程。

　　Summary：

　　時間片調(diào)度和搶占式調(diào)度我們一般都是開啟了的，這樣優(yōu)先級相同時，使用時間片調(diào)度，優(yōu)先級不同時，使用搶占式調(diào)度。默認情況下，在freertos.h中使能了時間片調(diào)度：

　　而搶占式調(diào)度需要我們用戶自己開啟，一般在freertosconfig.h中使能：

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