FreeRTOS-基本介绍和移植STM32

一、裸机开发和操作系统开发介绍

• 裸机：前后台系统，前台系统指的是中断服务函数，后台系统指的是大循环，即应用程序
• 特点：实时性差、delay(浪费资源)、结构臃肿(实现功能都放在无限循环)
• FreeRTOS开发：实时操作系统，强调的是实时性
• 特点：分而治之(实现功能划分为多个任务)、延时函数(不会空等待，会让出CPU的使用权给其他任务，即任务调度)、抢占式(高优先级任务抢占低优先级)、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)

二、任务调度和任务状态介绍

2.1 任务调度

• 任务调度器就是决定在某一个时刻调用哪一个任务，切换速度很快，造成在同一时刻有多个任务在运行的错觉
• 抢占式调度：针对优先级不同的任务，优先级高的可以抢占低优先级的任务
• 时间片调度：针对优先级相同的任务，在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务
• 协程式调度：当前正在执行任务一直在执行，同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务(不常用)

2.1.1 抢占式调度

• 运行条件：三个任务Task1、Task2和Task3，在FreeRTOS中任务设置的数值越大，优先级越高

  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。被抢占的任务会进入就绪态

2.1.2 时间片调度

• 同优先级任务轮流地享有相同的CPU时间(可设置)，叫时间片，在FreeRTOS中，一个时间片就等于SysTick中断周期

  同等优先级任务，轮流执行，时间片流转。一个时间片大小，取决为滴答定时器中断周期。注意没有用完的时间片不会再使用(阻塞-直接切换到下一个任务)，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

2.2 任务状态

• FreeRTOS中任务共存在4种状态：运行态、就绪态、阻塞态和挂起态

• 运行态：正在执行的任务，该任务就处于运行态，注意在STM32种，同一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：如果一个任务因延时或者等待外部事件发生，那么这个任务就处于阻塞态

• 挂起态：类似暂停，调用函数vTaskSuspend()进入挂起态，需要调用解挂函数vTaskResume()才可以进入就绪态

• 下图为四种任务状态间的转换图

• 仅就绪态可以转变为运行态。其他状态想运行，必须先转变为就绪态

• 四种状态中，除了运行态，其他三种任务状态的任务都有其对应的任务状态列表(链表)
• 就绪列表：pxReadyTaskList[x]，其中x代表任务优先级数值0-31
• 阻塞列表：pxDelayTaskList
• 挂起列表：xSuspendedTaskList

  调度器总是在所有处于就绪列表的任务中，选择具有最高优先级的任务来执行。如果优先级一致，那么相同优先级的任务会连接在同一个就绪列表上，按照时间片轮流执行

三、FreeRTOS源码和移植STM32

3.1 FreeRTOS源码

• 从官网下载FreeRTOS源码，文件夹内容如下所示

• 打开内核文件夹

• 打开FreeRTOS源码文件夹

• FreeRTOS操作系统归根结底是一个软件层面的东西，FreeRTOS是如何跟硬件联系在一起，portable文件夹里的东西就是接口文件，使用Keil-MDK开发,需要使用Keil、RVDS和MemMang文件夹部分内容

3.2 FreeRTOS移植STM32

3.2.1 代码移植

• 以STM32F103C8T6单片机为例移植FreeRTOS，移植步骤如下

• 将STM32工程文件全部复制到FreeRTOS目录下，并新建FreeRTOS文件夹存放源码

• 将FreeRTOS源码文件夹复制到移植模板内

• 删除源码中多余的文件，保留接口3个文件夹

• 在FreeRTOS文件夹内新建FreeRTOS_core、FreeRTOS_port文件夹，分别用于存放FreeRTOS内核文件和接口文件(不同的平台文件不一样)

• 如下文件添加到FreeRTOS_core内核文件夹中，包括.c和所有.h文件

• 如下文件添加到FreeRTOS_port接口文件夹中
• STM32F103系列单片机为M3内核

• 在Keil里面包含头文件所在路径
• 将官方demo里面的FreeRTOSConfig.h添加到FreeRTOS_core内核文件夹中
• FreeRTOSConfig.h作用：对FreeRTOS进行功能配置和裁剪(config)，以及API函数(INCLUDE)的使能，其他配置项(PendSV、SVC宏定义)

• 最后保留FreeRTOS_core、FreeRTOS_port文件夹即可

3.2.2 时钟中断配置

• SysTick是FreeRTOS的心跳时钟，驱动FreeRTOS运行，在SysTick时钟的节拍下进入中断函数，每次中断都会引发任务调度
• 在stm32f10x_it.c里的SysTick_Handler()中断里添加函数内容，并加上头文件

void SysTick_Handler(void)
{if(xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)xPortSysTickHandler();
}

• 在FreeRTOSConfig.h里添加函数宏定义，使用官方的中断函数，
• 注释掉stm32f10x_it.c里的PendSV_Handler()函数和SVC_Handler()函数，避免重定义

#define xPortPendSVHandler 	PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler 	SVC_Handler

• 如果遇到xTaskGetSchedulerState()函数未定义或其他可选函数未编译的情况下，需要改其宏定义为1，或者在FreeRTOSConfig.h里添加宏定义为1

• xTaskGetSchedulerState()函数是一个可选函数，当宏定义为1时可以编译