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

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。

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。

• 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