freertos资料整理

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资源描述

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_MUTEXES0/*是否用计数式的SEMAPHORES,SEMAPHORES也是任务间通讯的一种方式*/#defineconfigUSE_COUNTING_SEMAPHORES0/*是否应用可切换式的API。freeRTOS同一功能API有多个,有全功能但是需求资源和时间较多的,此项使能后就可以用较简单的API,节省资源和时间,但是应用限制较多*/#defineconfigUSE_ALTERNATIVE_API0/*此项用于DEBUG,来看是否有栈溢出,需要你自己编相应检查函数voidvApplicationStackOverflowHook(xTaskHandle*pxTask,signedportCHAR*pcTaskName)*/#defineconfigCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW0/*用于DEBUG,登记SEMAPHORESQ和QUEUE的最大个数,需要在任务用应用函数vQueueAddToRegistry()和vQueueUnregisterQueue()*/#defineconfigQUEUE_REGISTRY_SIZE10/*设定可以改变任务优先度*/#defineINCLUDE_vTaskPrioritySet1/*设定可以查询任务优先度*/#defineINCLUDE_uxTaskPriorityGet1/*设定可以删除任务*/#defineINCLUDE_vTaskDelete1/*据说是可以回收删除任务后的资源(RAM等)*/#defineINCLUDE_vTaskCleanUpResources0/*设置可以把任务挂起*/#defineINCLUDE_vTaskSuspend1/*设置可以从中断恢复(比如系统睡眠,由中断唤醒*/#defineINCLUDE_vR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