FreeRTOS新手+入門(mén)學(xué)習(xí)筆記

一、為什么使用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)？
RTOS，real-time Operate System。有很多成熟的技術(shù)可以在不使用內(nèi)核的情況下編寫(xiě)好的嵌入式軟件，但是在復(fù)雜情況下，RTOS有如下的好處：
1）用戶(hù)無(wú)需關(guān)心時(shí)間信息
內(nèi)核負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，并由相關(guān)的API完成，從而使得用戶(hù)的應(yīng)用程序代碼結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
2）模塊化、可拓展性強(qiáng)
也正是由于第一點(diǎn)的原因，程序性能不易受底層硬件更改的影響。并且，各個(gè)任務(wù)是獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊都有明確的目的，降低了代碼的耦合性。
3）效率高
內(nèi)核可以讓軟件完全由事件驅(qū)動(dòng)，因次，輪詢(xún)未發(fā)生的事件是不浪費(fèi)時(shí)間的。相當(dāng)于用中斷來(lái)進(jìn)行任務(wù)切換。
4）中斷進(jìn)程更短
通過(guò)把中斷的處理推遲到用戶(hù)創(chuàng)建的任務(wù)中，可以使得中斷處理程序非常短。

二、FreeRTOS的核心功能

接下來(lái)，就按順序介紹以上的4種核心功能。
三、內(nèi)存管理

FreeRTOS目前有5種內(nèi)存管理方案供我們選擇。

下圖為heap2內(nèi)存分配方式

下圖為heap4內(nèi)存分配方式

其中，heap4：我們主要用到的是動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的heap4。相比于heap2的鏈表式內(nèi)存塊結(jié)構(gòu)，heap4是按照物理地址來(lái)進(jìn)行排序。這樣設(shè)計(jì)的目的是方便合并相鄰物理地址中空閑的內(nèi)存塊。但是，當(dāng)在嵌入式系統(tǒng)中，頻繁的創(chuàng)建與釋放內(nèi)存，還是會(huì)導(dǎo)致空閑塊物理地址相對(duì)分散，依然會(huì)產(chǎn)生較多內(nèi)存碎片。
補(bǔ)充：μS/OS采用的是靜態(tài)分割成多個(gè)塊。

四、任務(wù)管理
1.如何創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)（接下來(lái)我會(huì)舉一個(gè)實(shí)例）
用到的函數(shù)：xTaskCreate（如下圖）

如何創(chuàng)建兩個(gè)不同的任務(wù)，并讓他們都能夠執(zhí)行呢？
首先，聲明任務(wù)1和任務(wù)2（如下圖)

接著，在主函數(shù)中創(chuàng)建任務(wù)1和任務(wù)2（如下圖）

最后，通過(guò)串口打印能看出兩個(gè)任務(wù)在輪流執(zhí)行。（下圖）

2.優(yōu)先級(jí)
優(yōu)先級(jí)0是最低優(yōu)先級(jí)，可以通過(guò)在FreeRTOSConfig.h文件中，設(shè)置configMAX_priorities來(lái)配置最高優(yōu)先級(jí)數(shù)。
特別要注意，不同任務(wù)可以共用同一個(gè)優(yōu)先級(jí)。
3.你知道為什么要用vTaskDelay嗎
在有兩個(gè)任務(wù)的情況下，不用delay的時(shí)候，每執(zhí)行完一個(gè)任務(wù)，需要等到Tick中斷，才能讓調(diào)度器選擇運(yùn)行下一個(gè)任務(wù)（如下圖）。

這是不用delay的時(shí)候

當(dāng)使用了delay之后，兩個(gè)任務(wù)能夠在一個(gè)周期內(nèi)依次運(yùn)行（如下圖），畢竟處理1個(gè)任務(wù)不需要占用整一個(gè)時(shí)間周期，之前不用delay的做法太浪費(fèi)了。

這是用delay的情況

4.任務(wù)在不同的狀態(tài)間調(diào)度

5.vTaskDelay和VTaskDelayUntil的區(qū)別
第一個(gè)delay是相對(duì)的延時(shí)，第2個(gè)delayuntil是絕對(duì)的延時(shí)，適合需要固定頻率執(zhí)行的任務(wù)
。
6.對(duì)于空閑任務(wù)來(lái)說(shuō)，它一直都處于就緒態(tài)，只有當(dāng)其他優(yōu)先級(jí)比它高的任務(wù)，都執(zhí)行完了，都在阻塞態(tài)里，空閑任務(wù)idle task才會(huì)執(zhí)行。

五、（任務(wù)間）通信管理
1.隊(duì)列的原理
隊(duì)列，可以容納有限數(shù)量固定大小的數(shù)據(jù)。一般采用FIFO存儲(chǔ)方式（First in First Out）。而在freertos中，隊(duì)列的傳輸用的是copy的方式。
隊(duì)列傳輸數(shù)據(jù)方式（過(guò)程如下圖）

采用copy傳遞的優(yōu)勢(shì)有：堆棧中的變量也可以直接發(fā)送到隊(duì)列中，而不用擔(dān)心是否會(huì)被釋放掉。因次，發(fā)送和接收任務(wù)也不用去關(guān)心是哪一個(gè)任務(wù)“擁有”數(shù)據(jù)。
2.創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列

3.接收隊(duì)列

4.利用指針傳輸特大變量。
5.可能有人問(wèn)，隊(duì)列有什么用處呢？
確實(shí)，用全局變量直接很多。但在中斷的時(shí)候，如果中斷執(zhí)行的時(shí)間很長(zhǎng)，數(shù)據(jù)處理量很大，會(huì)影響正常任務(wù)的運(yùn)行。因次我們通過(guò)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到任務(wù)里面再作處理，減小中斷開(kāi)銷(xiāo)。
六、其他功能
還有軟件時(shí)鐘管理、事件管理、解決互斥問(wèn)題的內(nèi)存管理方法等等，可以先不管，還未看到過(guò)有人用，感覺(jué)事件管理還不如來(lái)個(gè)全局變量flag。
七、數(shù)據(jù)類(lèi)型
freertos有自己的命名規(guī)格，在portmarco.h文件里。

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