FreeRTOS 初步认识.docx
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FreeRTOS 初步认识.docx
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用了半天时间对FreeRTOS有了一个初步的认识,大概总结一下,其中混杂了系统实现和实际应用方面的问题。
现只是以应用为目的,实现方面待以后进一步研究。
1.FreeRTOS提供的功能包括:
任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。
与平台有关的文件包含在portable文件夹中,主要是port.c,portmacro.h两个文件。
平台无关的文件主要是:
list.c(基本链表结构),queue.c(包括消息队列,信号量的实现),croutine.c,tasks.c(任务管理,时间管理)。
命名协定
RTOS内核与范例程序源代码使用下面的协定:
变量
char类型的变量以 c 为前缀
short类型的变量以 s 为前缀
long类型的变量以 l 为前缀
float类型的变量以 f 为前缀
用了半天时间对FreeRTOS有了一个初步的认识,大概总结一下,其中混杂了系统实现和实际应用方面的问题。
现只是以应用为目的,实现方面待以后进一步研究。
1.FreeRTOS提供的功能包括:
任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。
与平台有关的文件包含在portable文件夹中,主要是port.c,portmacro.h两个文件。
平台无关的文件主要是:
list.c(基本链表结构),queue.c(包括消息队列,信号量的实现),croutine.c,tasks.c(任务管理,时间管理)。
命名协定
RTOS内核与范例程序源代码使用下面的协定:
变量
char类型的变量以 c 为前缀
short类型的变量以 s 为前缀
long类型的变量以 l 为前缀
float类型的变量以 f 为前缀
double类型的变量以 d 为前缀
枚举变量以 e 为前缀
其他类型(如结构体)以 x 为前缀
指针有一个额外的前缀 p, 例如short类型的指针前缀为 ps
无符号类型的变量有一个额外的前缀 u, 例如无符号short类型的变量前缀为 us
函数
文件内部函数以prv为前缀
API函数以其返回值类型为前缀,按照前面对变量的定义
函数的名字以其所在的文件名开头。
如vTaskDelete函数在Task.c文件中定义
数据类型
数据类型并不直接在RTOS内核内部引用。
相反,每个平台都有其自身的定义方式。
例如,char类型定义为portCHAR,short类型定义为portSHORT等。
范例程序源代码使用的就是这种符号,但这并不是必须的,你可以在你的程序中使用任何你喜欢的符号。
此外,有两种额外的类型要为每种平台定义。
分别是:
portTickType
可配置为16位的无符号类型或32位的无符号类型。
参考API文档中的定制部分获取详细信息。
portBASE_TYPE
为特定体系定义的最有效率的数据类型。
如果portBASE_TYPE定义为char则必须要特别小心的保证用来作为函数返回值的signedchar可以为负数,用于指示错误。
2.FreeRTOS内核支持优先级调度算法,每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级,CPU总是让处于就绪态的、优先级最高的任务先运行。
FreeRT0S内核同时支持轮换调度算法,系统允许不同的任务使用相同的优先级,在没有更高优先级任务就绪的情况下,同一优先级的任务共享CPU的使用时间。
3.freertos既可以配置为可抢占内核也可以配置为不可抢占内核。
当FreeRTOS被设置为可剥夺型内核时,处于就绪态的高优先级任务能剥夺低优先级任务的CPU使用权,这样可保证系统满足实时性的要求;当FreeRTOS被设置为不可剥夺型内核时,处于就绪态的高优先级任务只有等当前运行任务主动释放CPU的使用权后才能获得运行,这样可提高CPU的运行效率。
4.任务管理
系统为每个任务分配一个TCB结构
typedefstructtskTaskControlBlock
{
volatileportSTACK_TYPE*pxTopOfStack;//指向堆栈顶
xListItemxGenericListItem;//通过它将任务连入就绪链表或者延时链表或者挂起链表中, xListItem包含其TCB指针
xListItemxEventListItem;//通过它把任务连入事件等待链表
unsignedportBASE_TYPEuxPriority;//优先级
portSTACK_TYPE*pxStack;//指向堆栈起始位置
signedportCHARpcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN];
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
省略一些次要结构
}tskTCB;
系统的全局变量:
staticxListpxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES]; 就绪队列
staticxListxDelayedTaskList1;
staticxListxDelayedTaskList2; 两个延时任务队列
staticxList*volatilepxDelayedTaskList;
staticxList*volatilepxOverflowDelayedTaskList; 两个延时队列的指针,应该是可互换的。
staticxListxPendingReadyList;
staticvolatilexListxTasksWaitingTermination; 等待结束队列
staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTasksDeleted=(unsignedportBASE_TYPE)0; 结束队列中的个数?
?
?
?
?
staticxListxSuspendedTaskList; 挂起队列
staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxCurrentNumberOfTasks;记录了当前系统任务的数目
staticvolatileportTickTypexTickCount;是自启动以来系统运行的ticks数
staticunsignedportBASE_TYPEuxTopUsedPriority;记录当前系统中被使用的最高优先级,
staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTopReadyPriority;记录当前系统中处于就绪状态的最高优先级。
staticvolatilesignedportBASE_TYPExSchedulerRunning;表示当前调度器是否在运行,也即内核是否启动了
任务建立和删除,挂起和唤醒
5.时间管理
操作系统总是需要个时钟节拍的,这个需要硬件支持。
freertos同样需要一个timetick产生器,通常是用处理器的硬件定时器来实现这个功能。
(时间片轮转调度中和延时时间控制?
?
)
它周期性的产生定时中断,所谓的时钟节拍管理的核心就是这个定时中断的服务程序。
freertos的时钟节拍isr中除去保存现场,灰度现场这些事情外,核心的工作就是调用vTaskIncrementTick()函数。
vTaskIncrementTick()函数主要做两件事情:
维护系统时间(以tick为单位,多少个节拍);处理那些延时的任务,如果延时到期,则唤醒任务。
任务可用的延时函数:
vTaskDelay();vTaskDelayUntil();
特别之处在于vTaskDelayUntil()是一个周期性任务可以利用它可以保证一个固定的(确定的)常数执行频率,而vTaskDelay()无法保证。
6.任务间的通信(详见“FreeRTOS任务间通讯”)
1)当然可以用全局变量的形式通信,但是不安全。
2)队列(xQueueHandle)是FreeRTOS中通信所需的主要数据结构。
3)信号量(xSemaphoreHandle),有二进制信号量,计数信号量和互斥信号量,其都是以队列为基础结构建立。
二进制信号量可以用于中断和任务间的同步。
也就是说希望任务随外部中断而执行。
即外设给出“数据已就绪”信号,系统中断,任务收到此中断信号接收数据。
互斥一般用于都共享资源或数据结构的保护。
因为任务调度不能保证数据不被破坏。
当一个任务需要访问资源,它必须先获得 ('take') 令牌;当访问结束后,它必须释放令牌 -允许其他任务能够访问这个资源。
(对此还有待进一步实验研究)。
7.系统配置
freeRTOS 配置在:
FREERTOS_CONFIG.H 里面,条目如下:
/* 是否配置成抢先先多任务内核,是1的时候,优先级高的任务优先执行。
为0任务就没有优先级之说,用时间片轮流执行 */
#defineconfigUSE_PREEMPTION1
/*IDLE任务的HOOK函数,用于OS功能扩展,需要你自己编相应函数,名字是voidvApplicationIdleHook(void)*/
#defineconfigUSE_IDLE_HOOK0
/*SYSTEMTICK的HOOK函数,用于OS功能扩展,需要你自己编相应函数,名字是 voidvApplicationTickHook(void)*/
#defineconfigUSE_TICK_HOOK0
/* 系统CPU频率,单位是Hz*/
#defineconfigCPU_CLOCK_HZ58982400
/* 系统SYSTEMTICK每秒钟的发生次数,数值越大系统反应越快,但是CPU用在任务切换的开销就越多 */
#defineconfigTICK_RATE_HZ250
/* 系统任务优先级数。
5 说明任务有5级优先度。
这个数目越大耗费RAM越多 */
#defineconfigMAX_PRIORITIES5
/* 系统最小堆栈尺寸,注意128不是128字节,而是128个入栈。
比如ARM32位,128个入栈就是512字节 */
#defineconfigMINIMAL_STACK_SIZE128
/* 系统可用内存。
一般设成除了操作系统和你的程序所用RAM外的最大RAM。
比如20KRAM你用了2K,系统用了3K,剩下15就是最大HEAP 尺寸。
你可以先设小然后看编译结果往大里加*/
#defineconfigTOTAL_HEAP_SIZE10240
/* 任务的PC名字最大长度,因为函数名编译完了就不见了,所以追踪时不知道哪个名字。
16表示16个char*/
#defineconfigMAX_TASK_NAME_LEN16
/* 是否设定成追踪,由PC端TraceCon.exe记录,也可以转到系统显示屏上 */
#defineconfigUSE_TRACE_FACILITY0
/* 就是SYSTEMTICK的长度,16是16位,如果是16位以下CPU,一般选1;如果是32位系统,一般选0*/
#defineconfigUSE_16_BIT_TICKS0
/* 简单理解以下就是和IDLETASK同样优先级的任务执行情况。
建议设成1,对系统影响不大 */
#defineconfigIDLE_SHOULD_YIELD1
/* 是否用MUTEXES。
MUTEXES是任务间通讯的一种方式,特别是用于任务共享资源的应用,比如打印机,任务A用的时候就排斥别的任务应用,用完了别的任务才可以应用 */
#defineconfigUSE_MUTEXES0
/* 确定是否用递归式的MUTEXES*/
#defineconfigUSE_RECURSIVE_
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