從0開始學FreeRTOS-1-有解無憂

我們知道，（單核）單片機某一時刻只能干一件事，會造成單片機資源的浪費，而且還有可能回應不夠及時，所以，在比較龐大的程式或者是要求實時性比較高的情況下，我們可以移植作業系統，因為這種情況下作業系統比裸機方便很多，效率也高，下面，杰杰將帶你們走進FreeRTOS的世界隨便看看，

下面正式開始本文內容，

在沒有用到作業系統之前，單片機的運行是順序執行，就是說，很多時候，單片機在執行這件事的時候，無法切換到另一件事，這就造成了資源的浪費，以及錯過了突發的信號，那么，用上了作業系統的時候，很容易避免了這樣的問題，

很簡單，從感覺上，單片機像是同時在干多件事，為什么說像呢，因為單片機的執行速度很快，快到我們根本沒辦法感覺出來，但是同時做兩件事是不可能的，在（單核）單片機中，因為它的硬體結構決定了CPU只能在一個時間段做一件事如：
not os

如這張圖，都是按照順序來執行這些事的，假設每個任務（事件）的time無限小，小到我們根本沒法分辨出來，那么我們也會感覺單片機在同時做這六件事，

真相就是：所有任務都好像在執行，但實際上在任何一個時刻都只有一個任務在執行

如是加上了中斷系統的話，就可以將上圖理解為下圖：

通常把程式分為兩部分：前臺系統和后臺系統，簡單的小系統通常是前后臺系統，這樣的程式包括一個死回圈和若干個中斷服務程式：應用程式是一個無限回圈，回圈中呼叫API函式完成所需的操作，這個大回圈就叫做后臺系統，中斷服務程式用于處理系統的異步事件，也就是前臺系統，前臺是中斷級，后臺是任務級，簡單來說就是程式一直按順序執行，有中斷來了就做中斷（前臺）的事情，處理完中斷（前臺）的事情，就回到大回圈（后臺）繼續按順序執行，

那么問題來了，這樣子的系統肯定不是好的系統，我在做第一個任務的時候想做第四個任務，根本做不到啊，其實也能做到，讓程式執行的指標cp指向第四個任務就行了，但是任務一旦復雜，那么整個工程的代碼的結構，可移植性，及可讀性，肯定會差啦，

FreeRTOS

那么作業系統的移植就是不可或缺的了，什么叫RTOS？：Real Time OS，實時作業系統，強調的是實時性，就是要規定什么時間該做什么任務，那么假如同一個時刻，需要執行兩個或者多個任務怎么辦，那么我們可以人為地把任務劃分優先級，哪個任務重要，就先做，因為前面一直強調，單片機無法同時做兩件事，在某一個時刻只能做一件事，

那么FreeRTOS是怎么操作的呢？先看看FreeRTOS的內核吧：

FreeRTOS是一個可裁剪、可剝奪型的多任務內核，而且沒有任務數限制，FreeRTOS提供了實時作業系統所需的所有功能，包括資源管理、同步、任務通信等， FreeRTOS是用C和匯編來寫的，其中絕大部分都是用C語言撰寫的，只有極少數的與處理器密切相關的部分代碼才是用匯撰寫的，FreeRTOS結構簡潔，可讀性很強！RTOS的內核負責管理所有的任務，內核決定了運行哪個任務，何時停止當前任務切換到其他任務，這個是內核的多任務管理能力，

可剝奪內核顧名思義就是可以剝奪其他任務的CPU使用權，它總是運行就緒任務中的優先級最高的那個任務，
freertos

在FreeRTOS中，每個任務都是無限回圈的，一般來說任務是不會結束運行的，也不允許有回傳值，任務的結構一般都是

While(1)
{
/****一直在回圈執行*****/
}

如果不需要這個任務了，那就把它洗掉，

移植的教程我就不寫了，超級簡單的，按照已有的大把教程來做就行了，（如果沒有資源，可以在后臺找我，我給一份移植的教程/原始碼）

其實FreeRTOS的運用及其簡單，移植成功按照自己的意愿來配置即可，而且FreeRTOS有很多手冊，雖然作者英語很差，但是我有谷歌翻譯！！！哈哈哈

既然一直都說任務任務，那肯定要有任務啊，創建任務：

// task. h  task.c
BaseType_t xTaskCreate(      TaskFunction_t pvTaskCode,
                              const char * const pcName,
                              uint16_t usStackDepth,
                              void *pvParameters,
                              UBaseType_t uxPriority,
                              TaskHandle_t *pvCreatedTask
                          );

函式的原型都有，按照字面的理解

TaskFunction_t pvTaskCode        //傳遞進來的是任務函式
const char * const pcName         //傳遞進來的是任務Name
uint16_t usStackDepth            //傳入的是堆疊的大小

在這里要說明一下，在裸機中開發，我們不管區域變數還是全域變數，反正定義了就能用，中斷發生時，函式回傳地址發哪里，我們也不管，但是在作業系統中，我們必須弄清楚我們的引數是怎么儲存的，他們的大小是多大，就需要我們去定義這個堆疊的大小，它就是用來存放我們的這些東西的，太小，導致堆疊溢位，發生例外，（堆疊是單片機 RAM 里面一段連續的記憶體空間）

因為在多任務系統中，每個任務都是獨立的，互不干擾的，所以要為每個任務都分配獨立的堆疊空間，

void *pvParameters              //傳遞給任務函式的引數
UBaseType_t uxPriority          //任務優先級
TaskHandle_t *pvCreatedTask     //任務句柄

任務句柄也是很重要的東西，我們怎么洗掉任務也是要用到任務句柄，其實說白了，我作業系統怎么知道你是什么任務，靠的就是任務句柄的判斷，才知道哪個任務在執行，哪個任務被掛起，下一個要執行的任務是哪個等等，靠的都是任務句柄，

那么要使用這些東西，我們肯定要實作啦，下面就是實作的定義，要定義優先級，堆疊大小，任務句柄，任務函式等，

//任務優先級
#define LED_TASK_PRIO           2
//任務堆疊大小     
#define LED_STK_SIZE             50
//任務句柄
TaskHandle_t LED_Task_Handler;
//任務函式
void LED_Task(void *pvParameters);

創建任務后，可以開啟任務調度了，然后系統就開始運行，

xTaskCreate((TaskFunction_t )LED_Task,    //任務函式
            (const char*    )"led_task",   //任務名稱
            (uint16_t       )LED_STK_SIZE, //任務堆疊大小
            (void*          )NULL, //傳遞給任務函式的引數
            (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO, //任務優先級
            (TaskHandle_t*  )&LED_Task_Handler);//任務句柄 
 vTaskStartScheduler();          //開啟任務調度

這個創建任務的函式 xTaskCreate 是有回傳值的，其回傳值的型別是BaseType_t，

我們在描述中看看：

// @return pdPASS if the task was successfully created and added to a readylist, otherwise an error code defined in the file projdefs.h

我們其實可以在任務調度的時候判斷一下回傳值是否為pdPASS從而知道任務創是否建成功，并且列印一個資訊作為除錯，因為后面使用信號量這些的時候都要知道信號量是否創建成功，使得代碼健壯一些，免得有隱藏的bug，

然后就是具體實作我們的任務LED_Task是在做什么的

當然可以實作多個任務，還是很簡單的，

//LED任務函式
void LED_Task(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        LED0  =  !LED0;
        vTaskDelay(1000);
    }
}

這就是一個簡單的作業系統的概述，

下一篇，應該是講述開啟任務調度與任務切換的具體程序，

這個可以參考野火的書籍《從 0 到 1 教你寫 uCOS-III》

歡迎關注我公眾號

更多資料歡迎關注“物聯網IoT開發”公眾號！

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/caozuo/33388.html

標籤：嵌入式

上一篇：初級模擬電路：3-6 共射放大電路-1（固定偏置的直流分析）

下一篇：從0開始學FreeRTOS-(創建任務)-2