FreeRTOS 简介

时间：2024-03-13 12:31:24

FreeRTOS 简介

FreeRTOS 简介
FreeRTOS 是一个嵌入式实时操作系统，什么是实时操作系统呢？

对于一个嵌入式系统，比如说一个数据采集器，他需要不停地采集数据并发送给主机，例如有三个任务，一个是采集任务，一个是发送任务，一个显示任务。正常情况下，应该是先采集再显示并发送，理想中显示和发送是同时进行的。但是我们的MCU在一个时刻只能跑一个任务，也就是说必有个先后关系，我们可以认为定义顺序如下——采集->发送->显示。

那么考虑复杂一点的情况，如果此时发送任务没有等到数据，他就会停在这里等待，然而这就导致了显示任务不能正常进行。这就不能称为实时。这个例子也许还不能完全体现实时系统的重要性，如果我们将场景设定为自动驾驶，我们的控制和感知系统的实时性凸显的尤为重要，一个意外的延迟会造成安全性的极大下降。还有更多的场景，这里就不一一列举了。当然，除了实时性的优点，RTOS也具有较强的扩展性和易用性，方便开发者进行开发。总之，RTOS在很多场景中都是不可或缺的。
FreeRTOS 简介
对于FreeRTOS来说，严格意义上来说还不能称为实时，因为他只是相当于分时复用，比方说我们把一个时间单位设定为1ms，那么我把这1ms可以分为很多的细分，每个细分上跑不同的任务，这样在宏观上看就相当于实时系统了。真正的实时系统，就是实现并行的操作，比如说FPGA，这里不再赘述。常见的RTOS，还有 μCOS\mu COS 、VxWorks等

下图是2019年EETimes统计的最常用的操作系统排名，供大家参考
FreeRTOS 简介

FreeRTOS 架构

FreeRTOS 简介
一个FreeRTOS 系统主要由BSP驱动+内核+组件组成（如上图）。内核包含多任务调度、内存管理、任务间通信的功能，组件包含网络协议、外设支持等。

FreeRTOS内核是可剪裁的，组件也是可选的。由于嵌入式应用往往对内存空间的要求十分苛刻，所以一个可剪裁的RTOS对于嵌入式应用非常重要。这使得FreeRTOS的核心代码只有9000行左右。

FreeRTOS 特性

  • 灵活的任务优先级
  • 灵活轻量级的任务通知机制
  • 队列
  • 二值/计数信号量
  • 互斥/递归互斥量
  • 软定时器
  • 事件组
  • 定时/空闲Hook函数
  • 栈溢出检查
  • 跟踪记录
  • 任务时间统计
  • …

FreeRTOS 文件

FreeRTOS核心组件主要有三个文件：list.c，queue.c，tasks.c是必须添加的；可扩展的部分：stream_buffer.c, croutine.c, event_group.c这几个功能用不着可以不加。

下图是FreeRTOS-Kernel的根目录
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  • queue.c 队列
  • timers.c 软定时器
  • event_group.c 事件组
  • croutine.c 协程，协程大多应用在资源很有限的MCU上，目前已经很少使用了

下图是FreeRTOS的根目录
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需要注意的是，这两个根目录是不一样的。FreeRTOS的内核文件是在FreeRTOS-Kernel的目录下的。\FreeRTOS\Demo目录下是不同芯片的Demo（如下图）
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一个完整的工程除了需要.c文件之外，还需要引用头文件
头文件‘task.h’, ‘queue.h’, ‘semphr.h’, ‘timers.h’ ,‘event_groups.h’ 等

另外还需要添加头文件等包含路径
示例：
**

FreeRTOS/Source/include. // 头文件
FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]. //其他接口
FreeRTOSConfig.h // 配置文件

**
FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]. 这个路径下可以包含Heap Memory allocation文件，具体请参考官方说明文档

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