FreeRTOS学习(一)

裸机与RTOS对比

裸机:又称为前后台系统,前台系统指的是中断服务函数,后台系统指的大循环,即应用程序。

  • 实时性差:(应用程序轮流执行)
  • delay:空等待,CPU不执行其它代码
  • 结构臃肿:实现功能都放在无限循环

RTOS:Real Time OS,实时操作系统,强调“实时性”

  • 分而治之:实现功能划分为多个任务
  • 延时函数:任务调度
  • 抢占式:高优先级任务抢占低优先级任务
  • 任务堆栈:每个任务都有自己的栈空间,用于保存局部变量以及任务的上下文信息。

中断可以打断任意任务

FreeRTOS基础知识

调度器:使用相关的调度算法来决定当前需要执行哪个任务。
FreeRTOS一共支持三种任务调度方式:

  • 抢占式调度:主要针对优先级不同的任务,每个任务都有一个优先级,优先级高的任务可以抢占优先级低的任务。(数值越大,优先级越大)
  • 时间片调度:主要针对优先级相同的任务,当多个任务的优先级相同时,任务调度器会在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务。
  • 协程式调度:当前执行任务将会一直执行,同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务。FreeRTOS现在虽然还支持,但是官方表示已经不再更新协程式调度。

抢占式调度

在这里插入图片描述
运行过程如下:
1、首先Task1在运行中,在这个过程中Task2就绪了,在抢占式调度器的作用下Task2会抢占Task1的运行
2、Task2运行过程中,Task3就绪了,在抢占式调度器的作用下Task3会抢占Task2的运行
3、Task3运行过程中,Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时就绪态中,优先级最高的任务Task2执行
4、Task3阻塞解除了(延时到了或者接收到信号量),此时Task3恢复到就绪态中,抢占TasK2的运行

高优先级任务,优先执行;高优先级任务不停止,低优先级任务无法执行;被抢占的任务将会进入就绪态。

时间片调度

同等优先级任务轮流地享有相同的CPU时间(可设置:设置滴答定时器的中断周期),叫时间片,在FreeRTOS中,一个时间片就等于SysTick中断周期。
在这里插入图片描述
Task3运行过程中(还不到一个时间片),Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时直接切换到下一个任务Task1。

同等优先级任务,轮流执行;时间片轮转。
一个时间片大小,取决于滴答定时器中断周期。
没有用完的时间片不会再使用,下次任务Task3得到执行还是按照一个时间片的时钟节拍运行。

任务状态

FreeRTOS中任务共存在4种状态:

  • 运行态:正在执行的任务,该任务处于运行态,注意在STM32中,同一个时间仅一个任务处于运行态。
  • 就绪态:如果该任务已经能够被执行,但当前还未被执行,那么该任务处于就绪态。
  • 阻塞态:任务因延时或等待外部事件发生,那么这个任务就处于阻塞态。
  • 挂起态:类似暂停,调度函数vTaskSuspend()进入挂起态,需要调用解挂函数vTaskResume()才可以进入就绪态

在这里插入图片描述

  • 仅就绪态可以转变成运行态。

系统配置文件详解

FreeRTOSConfig.h配置文件作用:对FreeRTOS进行功能配置和裁剪,以及API函数使能。
相关宏可分为三类:

  • INCLUDE:配置FreeRTOS可选的API函数
  • config:完成FreeRTOS的功能配置和裁剪
  • 其它配置项:PendSV宏定义、SVC宏定义(宏定义给Port.c调用)
#define configUSE_PREEMPTION					1                       //1使用抢占式内核,0使用协程
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION	1                       //1启用特殊方法来选择下一个要运行的任务,1:使用硬件计算下一个要运行的任务(使用特殊方法,STM32支持,任务优先级的最大值有限制32(0~31))。0:使用软件算法计算下一个要运行的任务(通用方式,不限制优先级的最大值,效率较低)
#define configUSE_TICKLESS_IDLE					0                       //1启用低功耗tickless模式
#define configCPU_CLOCK_HZ						(SystemCoreClock)       //CPU频率

#define configIDLE_SHOULD_YIELD					1                       //为1时空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS            1                       //为1时开启任务通知功能,默认开启

/***************************************************************************************************************/
/*                                FreeRTOS与内存申请有关配置选项                                                */
/***************************************************************************************************************/
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION        1                       //支持动态内存申请
#define configTOTAL_HEAP_SIZE					((size_t)(20*1024))     //系统所有总的堆大小


/*                                FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项                                              */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_IDLE_HOOK						0                       //1,使用空闲钩子;0,不使用
#define configUSE_TICK_HOOK						0                       //1,使用时间片钩子;0,不使用

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