夏之一周间

RTOS

软件工具

MDK-ARM Version 5.41 Evaluation Software Request (keil.com)
- 5.38 arm Keil5 下载、安装及激活（附系列芯片包下载
- Arm Keil | Keil STM32F1xx_DFP

基础入门(FreeRTOS)

裸机与RTOS

裸机【前后台系统】
前台系统：中断服务函数；后台系统：大循环、即应用程序
- 特点
  - 时效性差，应用程序依次轮流执行
  - delay 空等待，浪费cpu
  - 结构臃肿，实现功能放在main中无限循环
RTOS【实时操作系统】
- 特点
  - 分而治之：实现功能划分为多个任务
  - 延时函数：任务调度，让出CPU使用权，而不是空等待
  - 抢占式：高优先级任务可抢占低优先级任务
  - 任务堆栈：每个任务都有自己的栈空间【抢占与恢复】
  - 中断可以打断任意任务【内核级】，任务都是【软件级】
  - 任务之间可以同等优先级

FreeRTOS™

特点
- 免费开源，无商业使用风险
- 可裁剪，核心代码9000+行，对硬件要求友好
- 简单，简单易用，可移植性非常好
- 优先级不限：任务优先级分配没有限制，多任务可同一优先级
  - 优先级算法：通用软件方法，无限制
  - 硬件方法：受限于MCU架构，例stm32属于32位，则优先级限制在0-31
    - 数字越大，任务优先级越高（中断数字越小，任务优先级越高）
- 任务不限：可创建的实时任务没有软件限制，but分配堆栈受硬件限制
- 抢占/协程/时间片：支持抢占式、协成程、时间片流转任务调度

任务调度与状态

调度器使用相关的调度算法决定当前需要执行哪个任务

任务状态
- 运行态
- 就绪态
- 阻塞态：因外部延迟或等待外部事件发生，而等待
- 挂起态：类似暂停，调用函数vTaskSusoend()进入挂起态，调用vTaskResume()解除挂起进入就绪态
任务列表【除就绪态外，其余三种状态都拥有任务列表-类似链表】
- 就绪列表
  - pxReadyTaskLists[x] x代表任务优先级值，常取硬件值范围。软件-无限制；硬件-0~31；
  - 挑选最高优先级任务进入运行态，相同优先级的任务会连接在同一就绪列表上轮流执行
  - 32位的变量，当某个位，置一时，标识当前对应的优先级就绪列表有任务存在
- 阻塞列表
  - pxDelayedTaskList
- 挂起列表
  - xSuspendedTaskList

三种调度方式
- 抢占式
  - 针对优先级不同的任务，高优先级抢占低优先级任务【数值越大，优先级越大】
  - 高优先级任务不停止，低优先级任务就无法被执行
  - 被抢占的任务进入就绪态
- 时间片
  同等优先级任务轮流的享有CPU的时间（可设置中断周期），一个时间片就等于滴答定时器(SysTick)中断周期
  - 针对优先级相同的任务，在每一次系统时钟节拍到达时切换任务，循环执行
  - 当前任务意外阻塞后，会直接切换下个任务重新计时，而不是空等待
- 协成程【了解即可，FreeROTS不再更新，被淘汰？】
  - 当前任务一直执行，高优先级也无法抢占，从前小芯片适合的方案

移植OS

源码获取 FreeRTOS™ - FreeRTOS™

源码目录

FreeRTOS/Source/portable 的移植文件
- keil 指向 RVDS 文件夹
- RVDS 不同内核芯片的移植文件
- MemMang 内存管理文件

基础工程

后续需使用LED、LCD、定时器、内存管理等，可使用【HAL库版本的内存管理实验工程】作为基础工程进行FreeRTOS的移植

添加FreeRTOS源码将源码添加到基础文件、头文件路径等
- 项目的 Middlewares下新建 FreeRTOS文件夹，并将源码部分拷贝进来
- 精简 portable 文件内容
- 将文件添加到工程 keil打开项目 Projects/MDK_ARM/... 新建文件分组
  - Middlewares/FreeRTOS_CORE
    - 将下图1的所有.c文件加入
  - Middlewares/FreeRTOS_PORT
    - 加入port.c
    - heap_4.c
    - 开发板类型所在文件夹
      STM32F1 ARM_CM3
      STM32F4 ARM_CM4F
      STM32F7 ARM_CM7/r0p1
      STM32H7 ARM_CM7/r0p1
  - 添加头文件路径
    - 魔法笔 - c/c++ include path
      - 选择下图1的include 和 RVDS下的ARM_CM3
添加 FreeRTOS Config.h 配置文件
操作系统的配置文件宏定义，FreeRtOS可裁剪特性
- 获取途经
  - 1：根据裁剪需求，自行编写
  - 2：官方提供的demo文件夹的演示工程获取
  - 3：正点原子教程获取
- 复制到项目的 user文件夹下
修改SYSTEM文件中的 sys.c delay.c uart.c
修改中断相关文件 Systick中断 SVC中断 PendSV中断
添加应用程序

开发板类型	所在文件夹
STM32F1	ARM_CM3
STM32F4	ARM_CM4F
STM32F7	ARM_CM7/r0p1
STM32H7	ARM_CM7/r0p1

略

系统配置文件

FreeRTOSConfig.js 配置文件：进行功能配置和裁剪，以及API函数的使能。
https://www.freertos.org/zh-cn-cmn-s/Documentation/02-Kernel/03-Supported-devices/02-Customization
略

任务创建与删除

动态创建任务 xTaskCreate()

创建流程
1. 将宏configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 配置为 1
2. 定义函数入口参数
3. 编写任务函数
内部实现过程
1. 申请堆栈内存 & 任务控制块(TCB)内存
2. TCB结构体成员赋值 - 保存任务的信息
3. 将新任务添加到就绪列表
查询任务栈历史剩余最小值

// 动态创建任务函数
BaseType_t xTaskCreate{
    TaskFunction_t pxTaskCode, /* 指向任务函数的指针 */
    // const char * const 表示指针和常量都不能修改
    const char * const pcName, /* 任务名字，最大长度 configMAX_TASK_NAME_LEN */
    const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth, /* 任务堆栈大小，字为单位 1字==4字节 */
    void * const pvParameters, /* 传递给任务函数的参数 */
    UBaseType_t uxPriority, /* 任务优先级，范围 0 ~ configMAX_PRIORITIES-1 */
    TaskHamdle_t * const pxCreatedTask, /* 任务句柄，任务的任务控制块 */
}


// 返回值
pdPASS 任务创建成功
errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY  任务创建失败
    
    
// 任务控制块TCB 结构体成员介绍
typedef struct tskTaskControlBlock{
    // 任务栈顶与任务上下文保存、任务恢复息息相关
    volatile StackType_t *pxTopOfStack;		/* 任务栈栈顶，必须为TCB的第一个成员 */
    ListItem_t xStateListItem;		/* 任务状态列表项 */
    ListItem_t xEventListItem;		/* 任务事件列表项 */
    UBaseType_t uxPriority;		/* 任务优先级，数值越大，优先级越大 */
    StackType_t * pxStack;		/* 任务栈起始地址 */
    char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];		/* 任务名字 */
    ...  // 省略条件编译成员
}

静态创建任务 xTaskCreateStatic()

创建流程
1. 将宏configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 配置为 1
2. 定义空闲任务 & [定时器任务] 的任务堆栈及TCB
  - cpu不能停止，在空闲时需执行空闲任务
3. 实现两个接口函数
  - vApplicationGetldleTaskMemory() 必要，空闲任务内存赋值
  - vApplicationGetTimerTaskMemory() 可选，软件定时器内存赋值
4. 定义函数入口参数
5. 编写任务函数
内部实现
- TCB结构体成语赋值
- 添加新任务到就绪列表

// 静态创建任务函数
BaseType_t xTaskCreate{
    TaskFunction_t pxTaskCode, /* 指向任务函数的指针 */
    const char * const pcName, /* 任务函数名 */
    const uint32_t usStackDepth, /* 任务堆栈大小，字为单位 1字==4字节 */
    void * const pvParameters, /* 传递给任务函数的参数 */
    UBaseType_t uxPriority, /* 任务优先级，范围 0 ~ configMAX_PRIORITIES-1 */
	StackType_t * const puxStackBuffer, /* 任务堆栈，一般为数组，由用户分配 */
	StackType_t * const pxTaskBuffer, /* 任务控制块指针，由用户分配 */
}

// 返回值
NULL 创建任务失败，用户没有提供相应的内存
其他值	任务句柄，任务创建成功

删除任务 vTaskDelete()
- 删除流程
  1. 使用删除任务函数，需将宏 INCLUDE_vTaskDelete配置为 1
  2. 入口参数输入需要删除的任务句柄，NULL代表删除任务自身（当前正在执行的任务）
- 内部实现过程
  1. 获取要删除的任务控制块
  2. 将被删除任务，从其所在列表移除【就绪、阻塞、挂起、事件等列表】
  3. 判断所需删除的任务
    - 删除自身，添加到等待删除列表，内存释放在空闲任务中执行
    - 删除其他任务，任务释放，任务数量--
  4. 更新下个任务的阻塞时间
    - 更新下一个任务的阻塞时间
- 注意
  - 用于删除已被创建成功的任务
  - 被删除的任务，将从就绪任务列表、阻塞态任务列表、挂起态任务列表和事件列表执行中移除。
c
```
void vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete );
// xTaskToDelete 待删除任务的任务句柄
```
1
2
静态与动态区别
- 动态：
  - 任务控制块及任务的栈空间所需内存，从FreeRTOS管理的堆栈中自动分配
  - 删除函数传参
    - NULL，空闲任务负责释放被删除任务中由系统自动分配的内存，运行中不能自杀
    - 其它任务句柄，由删除任务函数直接释放内存
- 静态：
  - 需用户分配提供内存
  - 删除函数，由用户在删除任务前提前释放内存，否则将导致内存泄漏
- 形同点
  - 创建的任务会立刻进入就绪态，由任务调度器调度运行

RTOS ​

软件工具 ​

基础入门(FreeRTOS) ​

裸机与RTOS ​

FreeRTOS™ ​

任务调度与状态 ​

移植OS ​

源码目录 ​

基础工程 ​

略 ​

系统配置文件 ​

任务创建与删除 ​

查询任务栈历史剩余最小值 ​

任务挂起与恢复 ​

RTOS

软件工具

基础入门(FreeRTOS)

裸机与RTOS

FreeRTOS™

任务调度与状态

移植OS

源码目录

基础工程

略

系统配置文件

任务创建与删除

查询任务栈历史剩余最小值

任务挂起与恢复