FreeRTOS任务管理分析
freertos 讲解
freertos 讲解**FreeRTOS讲解******FreeRTOS是一个开源的实时操作系统，广泛应用于嵌入式系统。
在本文档中，我们将深入探讨FreeRTOS的核心特性、优势及应用场景，帮助您全面了解这一强大的操作系统。
**一、FreeRTOS简介**FreeRTOS是一个免费的实时操作系统，由Real Time Engineers Ltd.维护。
它遵循MIT开源协议，可以免费用于商业和非商业项目。
FreeRTOS支持多种硬件平台，如ARM、AVR、MSP430等，具有高度可扩展性和模块化特点。
**二、FreeRTOS核心特性**1.任务管理：FreeRTOS采用基于优先级的任务调度算法，支持多任务并发执行，确保高优先级任务能够及时获得处理器资源。
2.时间管理：FreeRTOS提供了精确的时间管理功能，包括定时器、延时函数等，以满足实时性要求。
3.内存管理：FreeRTOS提供了动态内存分配和回收机制，支持堆内存管理，以满足不同任务的内存需求。
4.通信机制：FreeRTOS支持多种通信机制，如信号量、互斥量、消息队列等，用于任务间的同步和数据传递。
5.中断管理：FreeRTOS允许在中断服务程序中调用操作系统服务，提高了中断处理的实时性。
6.可扩展性：FreeRTOS支持多种硬件平台，用户可以根据需求添加或删除功能模块，实现高度定制化。
**三、FreeRTOS优势**1.开源免费：FreeRTOS遵循MIT协议，可以免费使用，降低了开发成本。
2.实时性：FreeRTOS具有优异的实时性能，能够满足各种实时性要求较高的应用场景。
3.跨平台：FreeRTOS支持多种硬件平台，方便开发者进行跨平台开发。
4.易用性：FreeRTOS提供了丰富的API接口，易于学习和使用。
5.社区支持：FreeRTOS拥有庞大的开发者社区，可以获得丰富的技术支持和资源。
**四、FreeRTOS应用场景**1.嵌入式系统：FreeRTOS广泛应用于嵌入式领域，如智能家居、工业控制、医疗设备等。
freertos内核架构和实现方法
freertos内核架构和实现方法FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一款开源的实时操作系统，专为嵌入式系统设计。
它具有轻量级、高可移植性和可扩展性的特点，在嵌入式领域广受欢迎。
本文将逐步回答关于FreeRTOS内核架构和实现方法的问题，带您一窥FreeRTOS的奥秘。
【问题一：FreeRTOS的内核架构是怎样的？】FreeRTOS的内核架构主要分为任务管理、调度器和同步机制三个部分。
1. 任务管理：FreeRTOS的核心是任务管理，它允许开发者创建多个任务，并根据任务的优先级来进行调度。
每个任务有自己的任务控制块（TCB），用于保存任务的状态以及与任务相关的信息。
任务可以是周期性的，也可以是一次性的。
任务可以通过挂起、终止等操作来控制任务的执行。
2. 调度器：FreeRTOS使用抢占式优先级调度器，基于优先级来调度任务。
优先级较高的任务将获得更多的CPU时间。
当系统中有多个优先级相同的任务时，使用时间片轮转调度算法来平均分配CPU时间。
调度器负责选择下一个将执行的任务，并启动该任务的执行。
调度器还提供了临界区保护机制，确保关键代码段的原子性执行。
3. 同步机制：为了保护共享资源的完整性，FreeRTOS提供了一些同步机制，如信号量、互斥量和消息队列等。
信号量用于任务间的同步与互斥操作，互斥量用于保护共享资源的访问，消息队列用于实现任务间的通信。
这些同步机制可以有效解决多任务并发访问共享资源导致的竞争问题。
【问题二：FreeRTOS的实现方法是怎样的？】FreeRTOS的实现方法基于事件驱动的协作式调度，主要包括任务的创建、调度和同步机制的实现。
1. 任务的创建：FreeRTOS提供了创建任务的API函数，开发者可以使用这些函数创建多个任务。
每个任务需要指定任务的入口函数、优先级、堆栈大小等参数。
在任务创建期间，FreeRTOS会为每个任务分配一个任务控制块（TCB），并对任务的堆栈进行初始化。
freertos 任务调度策略
freertos 任务调度策略FreeRTOS任务调度策略FreeRTOS是一款开源的实时操作系统（RTOS），用于嵌入式系统应用。
它提供了一种灵活且可配置的任务调度策略，以满足各种需求。
任务调度策略是FreeRTOS用于管理和分配任务时间片的方法，它决定了各个任务之间的调度方式。
1. 先来先服务（First-Come, First-Served）调度策略：这是最简单的任务调度策略，任务按照它们被创建的顺序进行调度。
当一个任务的时间片用完后，会让出处理器给下一个任务。
这种策略适用于任务的优先级相同且对任务完成顺序没有特别要求的情况。
2. 优先级调度策略：FreeRTOS支持基于优先级的任务调度，每个任务都被赋予一个优先级，优先级越高的任务越容易获得处理器的时间片。
当有多个任务准备好运行时，FreeRTOS会选择优先级最高的任务来运行。
这种策略适用于任务之间有不同的紧急程度或重要性的情况。
3. 循环调度策略：在循环调度策略中，任务按照一定的顺序进行调度，每个任务都有一个时间片。
当一个任务的时间片用完后，它会排到队列的末尾等待下一轮调度。
这种策略适用于需要依次完成一系列任务的场景。
4. 抢占式调度策略：在抢占式调度策略中，任务可以被中断，即使它没有执行完。
任务的优先级决定了它可以被抢占的条件。
当一个高优先级任务准备好运行时，它会抢占正在执行的低优先级任务，并开始执行。
这种策略适用于需要实时性能和任务响应能力的场景。
5. 时间片轮转调度策略：时间片轮转是一种公平的调度策略，每个任务都被分配一个固定的时间片。
当一个任务的时间片用完后，它被放回就绪队列的末尾，让其他任务有机会运行。
这种策略适用于需要公平分配处理器时间的场景。
6. 最短剩余时间优先（Shortest Remaining Time Next, SRTN）调度策略：SRTN策略中，任务的优先级根据其剩余执行时间决定。
当一个任务运行时，FreeRTOS会检查其他就绪任务的剩余执行时间，并选择剩余时间最短的任务来进行抢占。
【FreeRTOS操作系统教程】第10章 FreeRTOS任务管理
第10章F r e e R T O S任务管理对于初学者，特别是对于没有RTOS基础的同学来说，了解FreeRTOS的任务管理非常重要，了解任务管理的目的就是让初学者从裸机的，单任务编程过渡到带OS的，多任务编程上来。
搞清楚了这一点，那么FreeRTOS学习就算入门了。
本章教程配套的例子含Cortex-M3内核的STM32F103和Cortex-M4内核的STM32F407以及F429。
10.1 单任务系统10.2 多任务系统10.3 FreeRTOS的任务设置10.4 FreeRTOS的系统任务栈设置10.5 FreeRTOS的任务状态10.6 FreeRTOS启动10.7 FreeRTOS的任务创建10.8 FreeRTOS的任务删除10.9 FreeRTOS的任务挂起10.10 FreeRTOS的任务恢复10.11 FreeRTOS的任务恢复（中断方式）10.12 FreeRTOS的空闲任务10.13 实验例程说明10.14 实验例程说明（中断方式）10.15总结10.1单任务系统学习多任务系统之前，我们先来回顾下单任务系统的编程框架，即裸机时的编程框架。
裸机编程主要是采用超级循环（super-loops）系统，又称前后台系统。
应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的操作，这部分可以看做后台行为；中断服务程序处理异步事件，这部分可以看做是前台行为。
后台也可以叫做任务级，前台也叫作中断级。
图10.1 单任务系统对于前后台系统的编程思路主要有以下两种方式：10.1.1查询方式对于一些简单的应用，处理器可以查询数据或者消息是否就绪，就绪后进行处理，然后再等待，如此循环下去。
对于简单的任务，这种方式简单易处理。
但大多数情况下，需要处理多个接口数据或者消息，那就需要多次处理，如下面的流程图所示：用查询方式处理简单的应用，效果比较好，但是随着工程的复杂，采用查询方式实现的工程就变得很难维护，同时，由于无法定义查询任务的优先级，这种查询方式会使得重要的接口消息得不到及时响应。
freertos内核任务管理的原理
freertos内核任务管理的原理FreeRTOS是一款流行的实时操作系统内核，用于嵌入式系统中的任务管理。
它的设计原理是基于优先级的抢占式调度，旨在提供高效、可靠的任务管理机制。
任务是指在系统中运行的各种功能模块或线程，每个任务都有自己的优先级和任务函数。
FreeRTOS通过任务控制块（TCB）来管理任务，TCB包含了任务的状态、优先级、堆栈指针等信息。
在FreeRTOS中，任务被分为两种类型：优先级任务和协程任务。
优先级任务是基于优先级的抢占式调度，而协程任务是基于协作式调度。
优先级任务的调度是根据任务的优先级来确定的。
当有多个任务处于就绪态时，内核会选择优先级最高的任务来运行。
在FreeRTOS中，优先级范围从0到configMAX_PRIORITIES-1，默认情况下为32。
通过更改任务的优先级，可以控制任务的执行顺序。
协程任务是一种轻量级的任务，不同于优先级任务，它们不具有抢占式调度的特性。
协程任务需要显式地让出CPU给其他任务执行，这种调度方式更适用于资源有限的系统。
协程任务可以通过协程控制块（CCB）来管理，CCB包含了协程任务的状态、堆栈指针等信息。
FreeRTOS使用了任务切换的机制来实现任务的调度。
当一个任务需要让出CPU给其他任务执行时，它会调用任务切换函数。
任务切换函数会保存当前任务的上下文信息，包括程序计数器、堆栈指针等，然后选择下一个要运行的任务，并恢复其上下文信息，使其继续执行。
除了任务切换，FreeRTOS还提供了一些其他的任务管理功能，例如任务挂起和恢复、任务删除和创建等。
任务挂起和恢复可以通过调用vTaskSuspend()和vTaskResume()函数来实现，用于暂停和恢复任务的执行。
任务删除和创建可以通过调用vTaskDelete()和xTaskCreate()函数来实现，用于销毁和创建任务。
在FreeRTOS中，任务的堆栈是一个重要的概念。
每个任务都有自己的堆栈空间，用于保存任务的上下文信息。
freertos多任务运行原理
freertos多任务运行原理Freertos是一款开源的实时操作系统（RTOS），旨在为嵌入式系统提供多任务处理和实时调度的能力。
它的设计理念是简单、轻量级和可移植，适用于各种嵌入式设备。
在Freertos中，任务是系统中最基本的执行单元。
每个任务都有自己的任务控制块（TCB），其中包含任务的状态、优先级、堆栈等信息。
任务的创建和调度是通过操作系统内核来完成的。
Freertos基于优先级抢占调度算法来实现多任务处理。
每个任务都被分配一个优先级，优先级高的任务具有更高的运行优先级。
当多个任务同时准备就绪时，系统会选择具有最高优先级的任务来执行。
任务的调度是由操作系统内核完成的。
内核会周期性地进行任务切换，将当前正在执行的任务挂起，然后选择一个新的任务来运行。
任务切换的时机由操作系统内核的调度器决定，可以根据任务的优先级和调度策略来调整。
在任务切换时，操作系统会保存当前任务的上下文信息（如寄存器的值）到任务的堆栈中，并恢复下一个任务的上下文信息，然后将控制权交给新的任务。
这个过程是透明的，任务无需关心自己何时被挂起和重新恢复。
Freertos还提供了一些机制来实现任务间的通信和同步。
例如，信号量可以用于任务间的互斥和同步，消息队列可以用于任务间的通信。
这些机制可以帮助开发人员实现复杂的多任务应用。
Freertos还支持任务间的时间片轮转调度。
当多个任务具有相同的优先级时，系统可以按照时间片的方式来切换任务，以保证每个任务都能得到一定的执行时间。
在使用Freertos开发多任务应用时，需要合理地设置任务的优先级和调度策略，以满足系统的实时性要求。
同时，还需要注意避免任务间的竞态条件和死锁等并发问题。
总结来说，Freertos是一款简单、轻量级和可移植的实时操作系统，通过优先级抢占调度算法和任务切换机制来实现多任务处理。
它提供了丰富的任务通信和同步机制，能够帮助开发人员实现复杂的多任务应用。
在使用Freertos开发多任务应用时，需要注意合理设置任务的优先级和调度策略，以满足系统的实时性要求。
freertos 任务占用率方法
freertos 任务占用率方法**FreeRTOS任务占用率分析方法**在嵌入式系统开发中，FreeRTOS作为一个广泛使用的实时操作系统，其任务调度和管理机制对系统的实时性能有着重要影响。
任务占用率作为衡量系统负载和任务性能的关键指标，对于优化系统资源分配、提高系统响应速度具有重要意义。
本文将详细介绍在FreeRTOS中如何分析任务占用率。
### 导语对于基于FreeRTOS的嵌入式系统，准确掌握任务占用率是实现高效任务调度和资源优化的前提。
下面将探讨几种实用的方法来分析和计算FreeRTOS 中任务的占用率。
### 任务占用率的定义在FreeRTOS中，任务占用率通常指一个任务在给定时间内占用CPU的百分比。
这个比例可以基于任务的运行时间与任务周期的比值来计算。
### 方法一：统计任务运行时间1.**初始化计数器**：为每个任务设置两个计数器，分别记录任务的运行总时间和任务周期总时间。
2.**任务切换时的计数**：在任务切换时，更新当前任务的运行时间计数器，同时记录下任务开始运行的时间点。
3.**计算占用率**：当任务周期性地完成任务时，计算其占用率，公式为：(任务运行总时间/ 任务周期总时间) * 100%。
### 方法二：使用FreeRTOS提供的APIFreeRTOS提供了如`vTaskGetRunTimeStats()`等API，可以获取任务的运行时间统计信息。
1.**配置FreeRTOS**：确保在FreeRTOS的配置中启用了任务运行时间统计功能（`configGENERATE_RUN_TIME_STATS`）。
2.**定期查询**：在系统运行过程中，定期调用`vTaskGetRunTimeStats()`获取任务运行时间。
3.**计算占用率**：根据API返回的数据，计算每个任务相对于总运行时间的百分比。
### 方法三：利用钩子函数1.**定义钩子函数**：通过定义`vApplicationIdleHook()`和`vApplicationTickHook()`钩子函数，可以在空闲任务和每个滴答中断时记录时间。
FreeRTOS任务运行时间统计方法分析与改进
F r e e R T O S任务运行时间统计方法分析与改进安云飞1,2,赵丙风1,2(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所,石家庄050081;2.卫星导航系统与装备技术国家重点实验室)摘要:针对X i l i n x S D K开发工具生成F r e e R T O S支持包中未实现任务运行时间统计功能,分析了F r e e R T O S预留任务运行时间统计接口与实现方法,指出了现有接口和方法刻度粗糙㊁未统计中断处理时间㊁未考虑计数溢出㊁需要额外配置定时中断,并提出一种改进方法,包括用64b i t物理计时器替代定时中断㊁扩展计数值位宽㊁增加中断处理时间统计等㊂实验结果表明改进方法有效,可以全面真实地反映任务耗时情况㊂关键词:F r e e R T O S;实时操作系统;嵌入式系统;任务运行时间;C o r t e x A53中图分类号:T P316.2文献标识码:AA n a l y s i s a n d I m p r o v e m e n t o f F r e e R T O S T a s k R u n n i n g T i m e C o u n t i n g M e t h o dA n Y u n f e i1,2,Z h a oB i n g f e n g1,2(1.T h e54t h R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C E T C,S h i j i a z h u a n g050081,C h i n a;2.S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f S a t e l l i t e N a v i g a t i o n S y s t e m a n d E q u i p m e n t T e c h n o l o g y)A b s t r a c t:T h e f u n c t i o n o f t a s k r u n n i n g t i m e c o u n t i n g i s n o t i m p l e m e n t e d i n F r e e R T O SB S P o f X i l i n x S D K.T h i s p a p e r a n a l y z e s t h e F r e-e R T O S r e s e r v e d i n t e rf a c e a n d m e t h o d f o r t a s k r u n n i ng t i m e c o u n t i n g a n d p o i n t o u t th e d e f e c t s t h a t t h e a c c u r a c yi s r o u g h,t h e i n t e r r u p tf u n c t i o n r u n n i ng t i m e i s n o t c o u n t e d,th e c o u n ti n g o v e r f l o w i s n o t c o n s i d e r e d a n d a n a d d i t i o n a l t i m i n g i n t e r r u p t f u n c t i o n n e e d t o b e c o n-f i g u r e d.A n i m p r o v e d m e t h o d i s p r o p o s e d w h i c h u s e s a64-b i t p h y s i c a l t i m e r,e x t e n d s t h e c o u n t i n g b i t w i d t h,c o u n t s t h e r u n n i n g t i m e o f i n t e r r u p t f u n c t i o n,e t c.T h e e x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w t h a t t h e i m p r o v e d m e t h o d i s e f f e c t i v e a n d c a n t r u l y a n d c o m p r e h e n s i v e l y r e f l e c t t h e t i m e-c o n s u m i n g o f o n e t a s k.K e y w o r d s:F r e e R T O S;r e a l-t i m e o p e r a t i n g s y s t e m;e m b e d d e d s y s t e m s;t a s k r u n n i n g t i m e;C o r t e x-A530引言R T O S(R e a l T i m e O p e r a t i n g S y s t e m)实时操作系统一般应用于嵌入式环境,特别适用于对事件响应速度有严格要求的场合㊂常用的R T O S有国外的F r e e R T O S㊁μC/O S㊁R T X,以及国内的H u a w e i L i t e O S和A l i O S T h i n g s等㊂其中,开源且免费的F r e e R T O S的市场占用率最高[1]㊂F r e e R T O S具有开源㊁精练㊁可移植㊁可裁剪等特点,受到各行各业嵌入式研发人员的喜爱,比如参考文献[2]~[7]分别将F r e e R T O S应用到了各自不同的领域㊂F r e e R T O S亦存在一些不足,参考文献[8]和[9]移植T L S F算法对内存管理机制进行改进,提高了内存分配速度并降低了内存碎片率㊂X i l i n x S D K虽然可以方便地生成F r e e R T O S支持包,但未移植任务运行时间统计功能㊂任务运行时间信息可以真实有效地反映各个任务的耗时情况,帮助开发人员判断任务优先级分配是否合理或者任务运行状态是否正常㊂F r e e R T O S预留了任务运行时间统计接口,但其实现方法具有诸多局限性,比如时间刻度计数不够精确㊁中断服务函数处理时间未统计㊁未考虑时间计数值溢出问题和需要额外配置一个定时器中断等㊂本文通过分析原方法,对其进行了相应改进㊂1F r e e R T O S任务运行时间统计接口F r e e R T O S提供了统计各个任务占用C P U时间的接口函数,可以知道系统中的各个任务占用C P U的时间,从而判断系统设计是否合理㊂1.1移植接口移植任务运行时间统计功能需要额外配置一个高频度定时器用于时间计数值(移植接口定义的表示时间进度的变量)累计,频率至少是时间片频度的10倍,否则无法有效评估任务运行时间,但是频率过大会增加C P U的负担㊂然后在t s k T C B结构体中增加u l R u n T i m e C o u n t e r变量,用于任务运行时间累计㊂任务切换入口处和出口处分别标记时间计数值,两次之差就是该任务的运行时间,累加到u l R u n T i m e C o u n t e r表征任务实际运行时间总和㊂具体移植接口如下:首先需要在F r e e R T O S C o n f i g.h 文件中将c o n -f i gG E N E R A T E _R U N _T I M E _S T A T S 定义为1㊂然后,需要实现如下两个宏定义:①p o r t C O N F I G U R E _T I M E R _F O R _R U N _T I M E _S T A T S:配制一个高精度定时器/计数器,提供时间基准,定时器频率至少是时间片频率的10倍㊂②p o r t G E T _R U N _T I M E _C O U N T E R _V A L U E :获取时间计数值,时间计数值依据p o r t C O N F I G U R E _T I M -E R _F O R _R U N _T I M E _S T A T S 配制的频率开始累计,一般在定时中断函数中实现㊂定义c o n f i g U S E _T R A C E _F A C I L I T Y 和c o n f i gU S E _S T A T S _F O R MA T T I N G _F U N C T I O N S 使能格式化输出函数v T a s k L i s t ()和v T a s k G e t R u n T i m e S t a t s(),用户可以将任务信息和任务运行时间信息格式化输出到指定字符串㊂1.2 任务运行时间统计流程F r e e R T O S 任务是以v T a s k S t a r t S c h e d u l e r ()函数启动的,之后系统调度内核开始工作㊂移植接口已经配置了一个至少10倍于时间片周期的定时中断,时间计数值在定时中断函数中累加㊂v T a s k S w i t c h C o n t e x t ()函数执行的是任务切换工作,在该函数内部获取当前时间计数值,如果当前计数值大于上次计数值,则计数值未溢出,可以累加任务运行时间到当前任务结构体成名变量u l R u n T -i m e C o u n t e r 中㊂切换到一下任务之前标记当前时间计数值,作为下一任务实际运行的入口时间,具体工作流程如图1所示㊂图1 F r e e R T O S 任务运行时间统计流程图1.3 现有任务时间统计的局限性分析以上现用F r e e R T O S 移植接口和工作流程,可以发现其任务运行时间统计具有诸多局限性:需要额外开启一个定时中断;刻度粗糙,增大定时中断频率可以细化刻度,但会增加C P U 负担;未对中断处理函数C P U 占用进行统计,中断处理时间实际累加到任务处理时间;u l R u n -T i m e C o u n t e r 定义为32位无符号整形,未充分考虑计数溢出的情况;任务运行时间统计的是总共的C P U 占用,无法统计一段时间的C P U 占用情况㊂2 改进的任务运行时间统计方法本文针对以上提及的F r e e R T O S 任务运行时间统计的诸多局限性进行了改进,采用的硬件平台为U l t r a S c a l e系列F P G A ,内嵌A R M C o r t e x A 53四核+R 5双核,开发环境为V i v a d o _S D K 2018.3,F r e e R T O S 版本为V 10.1.2㊂本文采用单核运行C o r t e x A 53,F r e e R T O S 为S D K 自动生成板级支持包㊂具体修改如下:①采用C o r t e x A 53自带64位物理定时器替代定时中断模式㊂定义如下两个宏定义:#d e f i n e p o r t C O N F I G U R E _T I M E R _F O R _R U N _T I M E _S T A T S ()X T i m e _S t a r t T i m e r ()#d e f i n e p o r t G E T _R U N _T I M E _C O U N T E R _V A L U E ()m f c p(C N T P C T _E L 0)第一个宏定义启动64位物理定时器;第二个宏定义获取时间计数值㊂该方法可以免去定时中断的使用㊂②采用100MH z ㊁64位物理定时器,时间刻度可到n s 级㊂因为未采用定时中断进行计数,因此提高定时器的频率不会额外增加C P U 的时间损耗㊂③中断服务函数v A p p l i c a t i o n I R Q H a n d l e r ()中入口和出口分别增加如下代码:i f (u l l P o r t I n t e r r u p t N e s t i n g ==1){//I R Q E n t r y u l T o t a l R u n T i m e=p o r t G E T _R U N _T I M E _C O U N T E R _V A L U E (); i f (u l T o t a l R u n T i m e >u l T a s k S w i t c h e d I n T i m e){ p x C u r r e n t T C B->u l R u n T i m e C o u n t e r +=(u l T o t a l R u n -T i m e -u l T a s k S w i t c h e d I n T i m e ); }u l T a s k S w i t c h e d I n T i m e =u l T o t a l R u n T i m e;}i f (u l l P o r t I n t e r r u p t N e s t i n g ==1){//I R Q E x i t u l T o t a l R u n T i m e =p o r t G E T _R U N _T I M E _C O U N T E R _V A L -U E (); i f (u l T o t a l R u n T i m e >u l T a s k S w i t c h e d I n T i m e){ u l I R Q R u n T i m e C o u n t e r+=(u l T o t a l R u n T i m e -u l T a s k S -w i t c h e d I n T i m e ); }u l T a s k S w i t c h e d I n T i m e =u l T o t a l R u n T i m e;}u l l P o r t I n t e r r u p t N e s t i n g 表示中断嵌套层级,u l l P o r t -I n t e r r u p t N e s t i n g 为1表示当前中断无嵌套㊂ul I R Q R u n -T i m e C o u n t e r 为新定义64位变量,表示中断服务函数C P U 占用时间累计㊂④u l R u n T i m e C o u n t e r 定位为64位无符号整数㊂即使是100MH z 计数频率,也需要5000多年才会溢出㊂⑤t s k T C B 结构体中新增变量u l L a s t R u n T i m e -C o u n t e r,用于锁存某时刻之前的任务运行时间㊂v T a s k G e t I n f o ()函数中p x T a s k S t a t u s>u l R u n T i m e -C o u n t e r =p x T C B >u l R u n T i m e C o u n t e r;修改为:px T a s k S t a t u s >u l R u n T i m e C o u n t e r=p x T C B >u l R u n T i m e -C o u n t e r p x T C B >u l L a s t R u n T i m e C o u n t e r ;p x T C B >u l L a s t R u n T i m e C o u n t e r=p x T C B>u l R u n T i m e -C o u n t e r;v T a s k G e t R u n T i m e S t a t s ()实际调用v T a s k G e t I n f o ()采集任务运行时间信息,修改v T a s k G e t I n f o ()后,v T a s k G e t R u n T i m e S t a t s()可以统计两次调用之间的各个任务C P U 占用时间,具体实现过程如图2所示㊂图2 改进的任务运行时间统计方法流程图3 实验和分析本文分析了现有F r e e R T O S 任务运行时间统计接口及实现方法,指出了存在的不足,并提出了相应改进措施㊂下面将通过实验验证改进方法的有效性㊂3.1 任务运行时间统计精度实验设置F r e e R T O S 时间片周期为1000H z,原方法需要配置的定时中断周期为20k H z ,改进方法需要设置的物理定时器周期为100MH z ,F P G A 每10m s 生成一个外部中断,A R M C o r t e x A 53接收10m s 外部中断并触发任务1㊂任务1精确延时5m s 内随机时间每100次(即每秒)触发一次任务2,任务2调用v T a s k G e t R u n T i m e S -t a t s()按固定格式输出任务运行时间统计信息,计算任务1与实际延时时间的误差㊂原方法与改进方法统计的任务1运行时间精度如表1所列㊂表1 任务运行时间统计精度分析比较统计方法最大误差平均误差均方误差原F r e e R T O S 方法1.32%0.97%0.79%本文改进方法0.00%0.00%0.00%实验结果表明,改进方法采用100MH z 物理计时器,精度可达n s 级,可以更精确地统计任务运行时间㊂3.2 中断函数运行时间统计实验设置F r e e R T O S 时间片周期为1000H z ,原方法需要配置的定时中断周期为20k H z,改进方法需要设置的物理定时器周期为100MH z ,F P G A 每10m s 生成一个外部中断,A R MC o r t e x A 53接收10m s 外部中断,外部中断函数中精确延时5m s 并触发任务1㊂任务1每100次(即每秒)触发一次任务2,任务2调用v T a s k G e t R u n T i m e S t a t s ()按固定格式输出任务运行时间统计信息㊂原方法与改进方法统计的空闲任务和中断函数运行时间如表2所列㊂表2 中断函数运行时间统计分析与比较统计方法中断运行时间空闲任务运行时间原F r e e R T O S 方法 100%本文改进方法50%50%实验结果表明,原F r e e R T O S 方法未能有效统计中断函数运行时间,而误将中断函数运行时间统计到空闲任务中,改进方法可以有效统计中断函数运行时间㊂3.3 计数值溢出情况实验设置F r e e R T O S 时间片周期为1000H z,原方法需要配置的定时中断周期为20k H z,改进方法需要设置的物理定时器周期为100MH z ,F P G A 每10m s 生成一个外部中断,A R MC o r t e x A 53接收10m s 外部中断并触发任务1㊂任务1每100次(即每秒)触发一次任务2,任务2调用v T a s k G e -t R u n T i m e S t a t s()按固定格式输出任务运行时间统计信息㊂原方法与改进方法统计的计数值溢出情况如表3所列㊂表3 计数值溢出情况分析与比较统计方法计数值溢出周期原F r e e R T O S 方法59.6h本文改进方法5.1e +7h 实验结果表明,原F r e e R T O S 方法未充分考虑计数值溢出情况,改进方法溢出周期为5.1e +7h,可以忽略㊂3.4 任务运行时间短时统计问题原F r e e R T O S 任务运行时间统计的是从开启任务调度后的累计结果,不利于分析短时的任务耗时异常㊂改进方法通过 做差 可以统计两次v T a s k G e t R u n T i m e S t a t s()之间的任务耗时情况,从而方便分析短时内出现的任务异常问题㊂4 结 语本文针对实时系统应用中对任务运行时间统计的迫切需求,基于U l t r a S c a l e 系列F P G A 平台分析了现有F r e eR T O S 的任务运行时间统计接口与实现方法,指出了其存在的若干不足,并对其进行了相应的改进㊂实验结果表明,改进方法有效,可以真实反映各个任何和中断的耗时情况㊂本文提及的改进方法亦可以应用于其他R T O S 类系统㊂参考文献[1]刘火良,杨森.F r e e R T O S 内核实现与应用开发实战指南[M ].北京:机械工业出版社,2019.[2]刘林.基于F r e e R T O S 的智能插座管理系统的设计与实现[D ].长沙:湖南大学,2015.[3]魏均.基于F r e e R T O S 嵌入式系统的多媒体应用研究[D ].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2008.[4]易文博,陈国平,管春.F r e e R T O S 在Z Y N Q 实时液晶显示系统中的应用[J ].现代电子技术,2020,43(22):1518.[5]宋华鲁,闫银发,张世福.基于S TM 32和F r e e R T O S 的嵌入式太阳能干燥实时监测和控制系统设计[J ].现代电子技术,2013,36(23):103109.[6]朱耀麟,樊佩.基于F r e e R T O S 的嵌入式云台控制系统设计[J 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freertos 任务调度策略
freertos 任务调度策略什么是任务调度策略？任务调度策略是嵌入式系统中实时操作系统（RTOS）中的一个重要概念。
RTOS中的任务调度指的是系统对多个任务进行分配和管理的过程。
在多任务环境中，任务调度策略决定了任务的执行顺序和优先级，以及任务之间的时间片分配等。
正确的任务调度策略能够保证系统的实时性和可靠性。
RTOS中的任务调度策略有哪些？在实时操作系统中，常见的任务调度策略有以下几种：1. 先来先服务（FCFS）：根据任务创建的顺序进行调度。
当一个任务执行完毕后，调度器会选择下一个在队列中等待的任务来执行。
FCFS策略简单直观，但缺乏对任务优先级的支持，不适用于实时系统。
2. 优先级调度：每个任务都有一个固定的优先级，调度器会选择优先级最高的任务来执行。
这种策略适用于实时系统中对任务响应时间有较高要求的应用场景。
3. 时间片轮转调度：系统中的任务按照一定的顺序执行，每个任务被分配一个时间片，当时间片用完后，调度器会选择下一个任务继续执行。
时间片轮转调度策略适用于需要公平分配CPU时间的场景。
4. 最短剩余时间优先（SRTF）调度：根据任务的剩余执行时间进行排序，选择剩余时间最短的任务来执行。
SRTF策略能够最大程度地减少任务的响应时间，但需要对任务的执行时间有准确的估计。
5. 最短作业优先（SJF）调度：根据任务的执行时间进行排序，选择执行时间最短的任务来执行。
SJF策略适用于任务执行时间可预测的场景，能够最小化任务的平均等待时间。
这些调度策略都有各自的适用场景和优缺点，需要根据实际的应用需要进行选择。
FreeRTOS中的任务调度策略是如何实现的？FreeRTOS是一个常用的开源实时操作系统，提供了灵活的任务调度策略配置。
在FreeRTOS中，任务调度策略的实现是通过时间片轮转调度策略和优先级调度策略的结合。
首先，每个任务都有一个固定的优先级，优先级高的任务会拥有更多的CPU时间。
任务的优先级可以在任务创建时进行指定，并可以在运行时进行动态修改。
freertos操作系统实现的内部机制
freertos操作系统实现的内部机制Freertos是一种开源的、可移植的、多任务调度操作系统，它广泛应用于嵌入式系统。
其设计目标是提供高效、可靠、轻量级的任务调度，同时保持代码的简洁性和可读性。
本篇文章将详细介绍Freertos操作系统的内部机制。
一、任务管理Freertos的任务管理是基于优先级反转的抢占式调度策略。
每个任务都有一个预定义的优先级，当系统空闲时，会按照优先级顺序切换任务执行。
任务调度器在运行一个任务时，会释放对CPU的所有权，并转移到下一个优先级更高的任务。
这种机制可以确保关键任务优先执行，而不会因为其他任务的中断而受到影响。
二、内存管理Freertos操作系统支持动态内存分配，允许开发者根据需要分配和释放内存。
内存管理模块通过使用内存池和碎片整理技术，有效地管理内存资源，减少了内存分配和释放的开销。
三、时间管理Freertos操作系统提供了时间管理功能，允许开发者获取当前时间、设置定时任务等。
时间管理模块采用了简单而高效的算法，可以确保任务的定时执行准确无误。
四、中断处理Freertos支持外部中断，通过配置和管理中断控制器，实现对外部事件的有效响应。
中断处理机制使得系统在处理关键任务的同时，能够处理紧急事件，保证了系统的实时性和可靠性。
五、任务调度策略Freertos采用了优先级反转的抢占式调度策略，这意味着高优先级的任务可能会被低优先级的任务打断。
这种调度策略能够确保关键任务优先执行，避免因等待资源而造成的时间延迟。
此外，Freertos还支持基于时间片的轮转调度，可以根据系统的负载情况动态调整时间片，以提高系统的吞吐量和响应速度。
六、任务创建和删除在Freertos中，任务的创建和删除相对简单。
开发者可以通过API函数创建新任务，并为任务分配适当的优先级和堆栈大小。
任务的删除也非常简单，只需要调用相应的API函数即可。
这种简单易用的任务管理机制，使得开发者能够更加专注于实现应用程序的功能。
freertos任务管理
freertos是一个轻量级的rtos，它目前实现了一个微内核，并且port到arm7, avr, pic18, coldfire等众多处理器上；目前已经在rtos的市场上占有不少的份额。
它当然不是一个与vxworks之类的rtos竞争的操作系统，它的目标在于低性能小RAM的处理器上。
整个系统只有3个文件，外加上port的和处理器相关的两个文件，实现是很简洁的。
与ucosii不同，它是free的，ucosii不是free的，虽然它的代码是公开的。
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。
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。
这一点是和ucosii不同的。
另外一点不同是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。
这篇文章是以freertos v5.0版本的代码为例子分析下它的任务管理方面的实现。
时间关系可能没有太多时间写的很详细了。
1.链表管理freertos里面的任务管理，queue,semaphore管理等都借助于双向链表，它定义了个通用的数据结构/*定义链表节点？？*/Struct xLIST_ITEM{portTickType xItemValue; //链表节点的数据项，通常用在任务延时，表示一个任务延时的节拍数volatile struct xLIST_ITEM * pxNext; //通过这两个成员变量将所有节点volatile struct xLIST_ITEM * pxPrevious;//链接成双向链表void * pvOwner; //指向该item的所有者，通常是任务控制块void * pvContainer; //指向此链表结点所在的链表};/*定义一个链表？？*//*一个优先级一个链表？？*/这个数据结构定义了一个通用的链表节点；下面的数据结构定义了一个双向链表typedef struct xLIST{volatile unsigned portBASE_TYPE uxNumberOfItems;//表示该链表中节点的数目volatile xListItem * pxIndex;//用于遍历链表，指向上次访问的节点volatile xMiniListItem xListEnd;//链表尾结点 /*指向链表中的最后一个节点？*/ } xList;而下面这个数据结构用在xList中，只是为了标记一个链表的尾，是一个markerstruct xMINI_LIST_ITEM{portTickType xItemValue;volatile struct xLIST_ITEM *pxNext;volatile struct xLIST_ITEM *pxPrevious;};typedef struct xMINI_LIST_ITEM xMiniListItem;对于链表的操作也定义了一系列的函数和宏，在list.c文件中。
深入理解FreeRTOS的任务机制和消息队列+附完整项目代码
}
listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY(pxCurrentTCB,&( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) ); // pxCurrentTCB指向最高优先级任务
//抢占同一优先级的下一个任务。
4.消息队列:
FreeRTOS中消息队列是任务间数据交换的常用手段(中断服务程序同样使用队列来通信与同步)，消息队列是生产者消费者模型的重要组成部分
消息队列的数据结构如下:
typedef struct QueueDefinition
{
signed char *pcHead;//队头
signed char *pcTail;//队尾
任务一向消息队列填充数字，任务二从消息队列提取数据并发送到串口1，同时有LED灯跟随数据传送亮灭。
下载地址:
STM32搭载RTOS实现任务+消息队列+串口通信完整项目代码
主要讲讲任务和消息队列
1．任务控制模块(TCB被创建，并放入就绪列表。就绪列表是一个双向链表，在链表中每个任务按优先级排列，并且设置有记录相关信息的变量和进行各种操作的指针。
2.任务优先级
RTOS的基本工作单元是任务，所有任务都有一个用户优先级，如:从0到最高，如:0（最低），1，2，3 (最高) 在FreeRTOSConfig.h中设置优先级个数。
signed char *pcWriteTo;
signed char *pcReadFrom;
xList xTasksWaitingToSend;//等待发送的任务列表
xList xTasksWaitingToReceive;//等待接收的任务列表
图解FreeRTOS 原理系列之任务管理器基本框架
内核任务管理器需求先来对比一下裸奔系统与RTOS应用系统的编程模型，看看两种编程的不同画风。
裸奔系统在不用RTOS的单片机应用开发时，编程模型大概是这样的画风：•程序的主体是一个死循环，该应用程序由一系列协同工作的函数片段组成，相互实现逻辑配合，实现用户业务需求。
该应用程序独占单片机，常规的单片机系统都仅有有一个计算单元核。
•普通外设I/O,这里所说I/O是指广义的I/O，比如GPIO、PWM、ADC、DAC、LCD显示（当然这里并不严谨，比如ADC,DAC、LCD等也可以产生中断）等。
中断函数将异步事件接收成或报文或标志或数值，在与主循环发生逻辑关联。
•中断外设，比如UART、USB、I2C、定时器、DMA等根据应用需求而使用的中断。
这些中断都需要相应的中断函数进行处理异步中断事件。
对于输出可能采样主动输出，一般由主循环某一个动作执行；对于输入设备或许采用轮询方式，在与主循环进行耦合。
RTOS应用系统在一个基于RTOS应用系统中，其编程模型大致是下面这样一个画风，有多个并行的任务在相对长的宏观时间维度看起来，多个任务是并行运行的，但对于常规单片机而言（一般都是单核），任一时刻只有一个任务或中断函数在独占CPU核。
•常见的RTOS没有设备驱动模型，没有对外设设备进行抽象，中断函数将会由用户或调用RTOS 机制，比如event/signal等与任务进行通信•任务间还有可能需要通信，或传递消息，或完成某项需求相互间需要同步等•同样任务需要与硬件普通IO外设进行打交道，或入或出。
但有可能是这个任务实现，也有可能是哪个任务执行。
完全取决于开发人员如何设计。
•RTOS实现任务的切入切出，切入使某任务运行；切出使某任务挂起，出让CPU，暂停运行。
•RTOS充当底层支持功能，RTOS还提供丰富的时间管理，队列、邮箱等机制供应用开发使用。
对于单片机而言，一般只有一个核，所有RTOS为了方便理解，可以看成是最最主要的目就是通过软件方法将硬件CPU核程序运行环境抽象为每一个应用任务虚拟出一个软核。
freertos合作式任务调度原理
freertos合作式任务调度原理FreeRTOS是一个开源的实时操作系统，它提供了一种合作式任务调度的机制。
合作式任务调度是一种任务调度方式，其中任务自愿地释放CPU控制权，让其他任务执行。
本文将详细介绍FreeRTOS 合作式任务调度的原理和工作方式。
在FreeRTOS中，每个任务都有一个优先级。
任务的优先级决定了任务在调度时的执行顺序。
优先级越高的任务将先于优先级较低的任务执行。
当多个任务具有相同的优先级时，FreeRTOS使用一种循环调度算法，确保任务能够公平地获取CPU资源。
在合作式任务调度中，任务之间不会被强制中断，而是由任务自愿地释放CPU控制权。
当一个任务完成它的工作或等待某个事件发生时，它会主动调用一个特殊的函数，将CPU控制权交给其他任务。
这个特殊的函数在FreeRTOS中被称为任务挂起函数。
任务挂起函数可以是任务主动进入休眠状态，等待某个事件的发生。
一旦这个事件发生，任务就会被唤醒，并重新开始执行。
任务挂起函数也可以是任务主动放弃CPU控制权，让其他任务执行。
这种方式可以确保高优先级任务不会被低优先级任务长时间占用CPU资源。
任务挂起函数的调用是由任务自主决定的。
当一个任务调用任务挂起函数时，它会把CPU控制权交给调度器。
调度器会根据任务的优先级和其他因素，决定下一个要执行的任务。
调度器会选择一个优先级最高的就绪任务来执行。
如果没有就绪任务，调度器会选择一个空闲任务执行。
任务挂起函数的调用是一个轻量级的操作，它不会引入额外的开销。
这是因为FreeRTOS使用了一种基于堆栈的上下文切换机制，它只保存和恢复任务的堆栈内容，而不涉及其他寄存器或系统状态的保存。
这使得任务挂起函数的调用非常高效，可以快速地切换任务。
合作式任务调度的一个重要概念是任务间通信。
在一个实时系统中，不同的任务可能需要相互协作，共享信息和资源。
FreeRTOS提供了一些机制来实现任务间通信，如信号量、消息队列和事件标志组。
freertos任务结构
freertos任务结构FreeRTOS是一种开源的实时操作系统，被广泛应用于嵌入式系统中。
它具有简单、灵活、高效等特点，能够有效地管理任务和资源，提供可靠的实时性能。
本文将介绍FreeRTOS的任务结构，包括任务的创建、调度和删除等过程，以及任务间通信和同步的方法。
一、任务的创建在FreeRTOS中，任务是系统中最基本的执行单元。
任务由开发人员创建，并在系统中运行。
任务的创建需要指定任务的入口函数、优先级和堆栈大小等参数。
任务的入口函数是任务的实际执行代码，它定义了任务的具体行为。
开发人员可以根据需求编写不同的任务入口函数，并通过创建多个任务实现系统的并发执行。
任务的优先级决定了任务在系统中的调度顺序。
优先级越高的任务将优先被调度执行。
在FreeRTOS中，任务的优先级范围通常是0到(configMAX_PRIORITIES-1)，其中configMAX_PRIORITIES是系统中支持的最大优先级数目。
任务的堆栈大小决定了任务所需的内存空间，包括任务的局部变量、函数调用栈和中断处理等。
开发人员需要根据任务的需要合理设置堆栈大小，以避免堆栈溢出导致系统崩溃。
任务的创建是通过调用FreeRTOS提供的API函数进行的。
开发人员可以使用vTaskCreate()函数创建任务，并指定任务的入口函数、优先级和堆栈大小等参数。
二、任务的调度任务的调度是指系统根据任务的优先级和调度策略决定任务的执行顺序。
FreeRTOS采用抢占式调度策略，即高优先级任务可以抢占正在执行的低优先级任务。
任务的调度是由系统内核完成的，开发人员无需手动干预。
系统内核会根据任务的优先级和调度策略，动态地调整任务的执行顺序，以满足任务的实时性要求。
任务的调度过程是由系统的时钟中断触发的。
每当时钟中断发生时，系统内核会检查任务的优先级和状态，并决定是否切换当前任务。
任务的切换是通过保存和恢复任务的上下文环境实现的。
任务的切换会涉及到任务的堆栈管理。
freertos原理
freertos原理FreeRTOS是一个基于实时操作系统（RTOS）的开源操作系统内核。
它采用了一种优先级调度算法，可以在多任务环境下实现任务的调度和管理。
本文将介绍FreeRTOS的原理及其应用。
一、FreeRTOS的原理FreeRTOS的核心思想是将系统划分为多个任务，每个任务都有自己的优先级和任务处理函数。
系统根据任务的优先级来进行任务调度，优先级高的任务先执行，优先级低的任务后执行。
通过任务调度器，FreeRTOS可以在多任务环境下实现任务的并发执行。
1. 任务管理FreeRTOS通过任务控制块（TCB）来管理每个任务。
TCB包含任务的状态、优先级、堆栈指针等信息。
系统通过任务控制块来保存和恢复任务的上下文。
当一个任务被挂起时，系统会保存任务的寄存器状态和堆栈指针，当任务重新恢复时，系统会将保存的状态和堆栈指针恢复到任务控制块中。
2. 任务调度FreeRTOS使用优先级调度算法来确定下一个要执行的任务。
当一个任务处于就绪状态时，系统会根据任务的优先级来选择下一个要执行的任务。
优先级高的任务先执行，优先级低的任务后执行。
如果有多个优先级相同的任务就绪，系统会使用轮转调度算法来确定下一个执行的任务。
3. 任务通信FreeRTOS提供了一些任务通信机制，如信号量、队列、事件组等。
通过这些机制，任务可以进行同步和通信。
例如，一个任务可以通过发送信号量来通知另一个任务，另一个任务可以通过等待信号量来等待通知。
二、FreeRTOS的应用FreeRTOS可以应用于各种嵌入式系统，特别是对于资源有限的系统来说，它的优势更加明显。
以下是一些应用示例：1. 实时任务调度FreeRTOS可以用于实时任务调度。
通过设置任务的优先级，可以保证高优先级任务的及时响应，同时保证低优先级任务的执行。
2. 多任务处理FreeRTOS支持多任务处理。
在多任务环境下，系统可以同时执行多个任务，提高系统的并发处理能力。
3. 任务通信与同步FreeRTOS提供了多种任务通信机制，如信号量、队列、事件组等。
freertos任务划分规则
freertos任务划分规则FreeRTOS是一种流行的实时操作系统（RTOS），它广泛应用于嵌入式系统领域。
在使用FreeRTOS开发嵌入式应用程序时，任务的划分是至关重要的。
本文将介绍一些常用的任务划分规则，以帮助开发者更好地设计和管理任务。
1. 任务的功能划分任务的划分应该根据功能模块来进行。
将不同功能的代码封装成不同的任务，有助于提高代码的可维护性和可重用性。
比如，可以将与传感器交互的代码封装成一个任务，将数据处理的代码封装成另一个任务，将与用户交互的代码封装成第三个任务，以此类推。
2. 任务的优先级划分任务的优先级决定了任务的调度顺序。
一般情况下，优先级越高的任务会被更早地调度执行。
在划分任务的优先级时，可以根据任务的紧急程度、对系统资源的需求等因素来进行。
比如，与硬件交互的任务可能需要更高的优先级，以确保实时性。
3. 任务的执行时间划分任务的执行时间也是划分任务的一个重要考虑因素。
根据任务的执行时间，可以将长时间执行的任务划分为若干个子任务，以提高系统的响应速度和实时性。
此外，还可以利用FreeRTOS提供的延时函数，合理安排任务的执行时间，避免长时间占用CPU资源。
4. 任务的通信与同步在多任务系统中，任务之间的通信和同步是必不可少的。
FreeRTOS 提供了多种任务通信和同步的机制，比如消息队列、信号量、互斥锁等。
在划分任务时，可以根据任务之间的依赖关系和数据交互的需求，选择合适的通信和同步机制，确保任务之间的协作顺利进行。
5. 任务的周期性划分对于周期性任务，可以根据任务的周期来划分。
比如，定时采集传感器数据的任务可以设置为一个周期性任务，每隔一定时间执行一次。
这样可以有效地利用系统资源，提高系统的实时性。
6. 任务的资源需求划分不同的任务可能对系统资源的需求不同。
在划分任务时，需要考虑任务对CPU、内存、IO等资源的需求，合理分配系统资源，以避免资源争用和系统崩溃等问题。
可以根据任务的资源需求设置任务的堆栈大小、优先级等参数。
freertos高级用法
freertos高级用法FreeRTOS是一个用于嵌入式系统的开源实时操作系统。
它提供了一套用于任务调度、内存管理、通信和同步的功能。
以下是FreeRTOS的高级用法：1. 任务管理：FreeRTOS使用任务作为系统的基本单元。
高级用法包括创建和删除任务、设置任务优先级和栈大小、挂起和恢复任务等。
另外，可以使用任务通知机制来实现任务间的同步和通信。
2. 内存管理：FreeRTOS提供了内存分配器函数，可以用于动态分配和释放任务栈和消息队列等数据结构的内存。
高级用法包括重定义内存分配函数、实现内存保护和内存池等。
3. 时间管理：FreeRTOS提供了一套时间管理机制，可以用于设置定时器、延时任务和周期性任务等。
高级用法包括创建多个定时器、使用软件定时器和处理时间溢出等。
4. 中断处理：FreeRTOS提供了中断服务例程（ISR）的机制，可以在中断处理程序中使用任务通知和消息队列等功能。
高级用法包括优先级反转处理、中断嵌套和中断控制。
5. 调试和性能分析：FreeRTOS提供了一些调试和性能分析工具，可以用于跟踪任务延迟、堆栈使用情况和系统资源的利用率等。
高级用法包括使用沉默块检测、堆栈溢出检查和运行时统计功能。
6. 可扩展性：FreeRTOS允许用户添加自定义内核功能和硬件驱动程序。
高级用法包括在FreeRTOS内核中添加新的调度算法、实现优先级继承和使用低功耗模式。
总之，FreeRTOS的高级用法涵盖了任务管理、内存管理、时间管理、中断处理、调试和性能分析以及可扩展性等方面。
这些高级用法可以更好地满足嵌入式系统的需求，并提高系统的可靠性和性能。
freertos 任务结构体
freertos 任务结构体FreeRTOS（Real-Time Operating System）是一个广泛使用的开源实时操作系统，它提供了一套完整的任务管理机制，其中任务结构体是其核心组成部分之一。
本文将针对FreeRTOS任务结构体展开讨论，介绍其定义、成员变量以及在实际应用中的使用。
一、FreeRTOS任务结构体的定义FreeRTOS任务结构体是FreeRTOS操作系统中用于描述任务的数据结构，它包含了任务的各种属性和状态信息。
在FreeRTOS中，每个任务都由一个任务结构体来描述，并通过该结构体来管理任务的创建、调度和销毁等操作。
二、FreeRTOS任务结构体的成员变量1. TaskHandle_t handle：任务句柄，用于标识任务的唯一性，可以通过该句柄对任务进行操作和管理。
2. char *name：任务名称，用于标识任务的名称，方便在调试和日志中进行识别。
3. uint32_t stack_size：任务堆栈大小，指定任务所需的堆栈空间大小，决定了任务能够使用的局部变量的数量和深度。
4. UBaseType_t priority：任务优先级，决定了任务在系统中的调度顺序，优先级高的任务具有更高的执行优先级。
5. TaskFunction_t function：任务函数，是任务的实际执行代码，通过函数指针指向任务的入口点，任务调度器会根据优先级和调度算法来调度任务函数的执行。
6. void *parameters：任务参数，可以传递给任务函数的参数，方便任务之间的数据交互和共享。
7. TaskState_t state：任务状态，用于标识任务的当前状态，如就绪、运行、阻塞等。
8. TickType_t delay：任务延时，用于指定任务在创建后延时多长时间才开始执行。
9. TickType_t period：任务周期，用于指定任务的周期性执行间隔。
三、FreeRTOS任务结构体的使用1. 创建任务：通过初始化任务结构体的各个成员变量，然后使用FreeRTOS提供的API函数创建任务。
freertos 任务结构体
freertos 任务结构体FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一个面向嵌入式系统的开源实时操作系统内核。
它提供了一种轻量级的任务调度机制，以及相关的任务控制和通信机制，使得开发者能够方便地实现多任务并发执行的功能。
在FreeRTOS中，任务是最基本的执行单元。
每个任务都有一个对应的任务控制块（Task Control Block，简称TCB），用于保存任务的状态和相关信息。
下面将详细介绍FreeRTOS任务结构体的组成和功能。
1. 任务名称（Task Name）：任务的名称是一个字符数组，用于标识任务的唯一性。
开发者可以根据实际需求给任务起一个有意义的名称，方便代码的阅读和维护。
2. 任务优先级（Task Priority）：任务的优先级决定了任务在系统中的执行顺序。
优先级越高的任务会在优先级较低的任务之前得到执行，从而实现任务的调度。
FreeRTOS中，任务的优先级范围通常是1到configMAX_PRIORITIES（通过配置文件进行设置），优先级1为最低优先级。
3. 任务堆栈（Task Stack）：每个任务都有自己的堆栈空间，用于保存任务的上下文信息。
任务堆栈的大小可以在创建任务时进行配置，不同的任务可以拥有不同大小的堆栈空间。
任务堆栈的大小取决于任务的复杂度和执行的函数调用深度。
4. 任务入口函数（Task Entry Function）：任务的入口函数是任务的实际执行代码。
当任务被调度器选中执行时，系统会跳转到任务入口函数的位置开始执行任务代码。
任务入口函数可以是一个无限循环，也可以是一段特定的任务逻辑。
5. 任务状态（Task State）：任务在系统中有不同的状态，包括就绪态、运行态和阻塞态。
就绪态表示任务已经准备好可以执行，但还未被调度器选中执行；运行态表示任务正在执行；阻塞态表示任务由于某种原因（如等待某个事件发生）而暂时无法执行。
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static xList * volatile pxDelayedTaskList; static xList * volatile pxOverflowDelayedTaskList; freertos 弄出两个延时链表是因为它的延时任务管理的需要。freertos 根据任务延时时间的长短按序将任务 插入这两个链表之一。在插入前先把任务将要延时的 xTicksToDelay 数加上系统当前 tick 数，这样得到了 一个任务延时 due time（到期时间）的绝对数值。但是有可能这个相加操作会导致溢出，如果溢出则加入 到 pxOverflowDelayedTaskList 指向的那个链表，否则加入 pxDelayedTaskList 指向的链表。 freertos 还定义了个 pending 链表： static xList xPendingReadyList; 这个链表用在调度器被 lock（就是禁止调度了）的时期，如果一个任务从非就绪状态变为就绪状态，它不 直接加到就绪链表中，而是加到这个 pending 链表中。等调度器重新启动(unlock)的时候再检查这个链表， 把里面的任务加到就绪链表中
4.任务管理 freertos 与 ucosii 不同，它的任务控制块并不是静态分配的，而是在创建任务的时候动态分配。另外，freertos 的优先级是优先级数越大优先级越高，和 ucosii 正好相反。任务控制块中也没有任务状态的成员变量，这 是因为 freertos 中的任务总是根据他们的状态连入对应的链表，没有必要在任务控制块中维护一个状态。 此外 freertos 对任务的数量没有限制，而且同一个优先级可以有多个任务。
pxList->uxNumberOfItems = 0; } 把一个节点插入到链表尾部： void vListInsertEnd( xList *pxList, xListItem *pxNewListItem ) { volatile xListItem * pxIndex;
pxIndex = pxList->pxIndex;
pxNewListItem->pxNext = pxIndex->pxNext; pxNewListItem->pxPrevious = pxList->pxIndex; pxIndex->pxNext->pxPrevious = ( volatile xListItem * ) pxNewListItem; pxIndex->pxNext = ( volatile xListItem * ) pxNewListItem; pxList->pxIndex = ( volatile xListItem * ) pxNewListItem;
而下面这个数据结构用在 xList 中，只是为了标记一个链表的尾，是一个 marker struct xMINI_LIST_ITEM {
portTickType xItemValue; volatile struct xLIST_ITEM *pxNext; volatile struct xLIST_ITEM *pxPrevious;
#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) unsigned portBASE_TYPE uxTCBNumber;//用于 trace，debug 时候提供方便
#endif
#if ( configUSE_MUTEXES == 1 ) unsigned portBASE_TYPE uxBasePriority;//当用 mutex 发生优先级反转时用
static volatile xList xTasksWaitingTermination; static volatile unsigned portBASE_TYPE uxTasksDeleted = ( unsigned portBASE_TYPE ) 0; 一个任务被删除的时候加入到 xTasksWaitingTermination 链表中，uxTasksDeleted 跟中系统中有多少任务 被删除（即加到 xTasksWaixSuspendedTaskList; 这个链表记录着所有被 xTaskSuspend 挂起的任务，注意这不是那些等待信号量的任务。
pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
( pxList->uxNumberOfItems )++; } 这些就不多说了。
2.任务控制块 typedef struct tskTaskControlBlock {
volatile portSTACK_TYPE *pxTopOfStack;//指向堆栈顶
3.系统全局变量 freertos 将任务根据他们的状态分成几个链表。所有就绪状态的任务根据任务优先级加到对应的就绪链表 中。系统为每个优先级定义了一个 xList。如下： static xList pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ]; 此外，所有延时的任务加入到两个延时链表之一。
static volatile unsigned portBASE_TYPE uxCurrentNumberOfTasks；记录了当前系统任务的数目 static volatile portTickType xTickCount;是自启动以来系统运行的 ticks 数 static unsigned portBASE_TYPE uxTopUsedPriority；记录当前系统中被使用的最高优先级， static volatile unsigned portBASE_TYPE uxTopReadyPriority；记录当前系统中处于就绪状态的最高优先 级。 static volatile signed portBASE_TYPE xSchedulerRunning ;表示当前调度器是否在运行，也即内核是否启 动了
pxList->pxIndex = ( xListItem * ) &( pxList->xListEnd );
pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;
pxList->xListEnd.pxNext = ( xListItem * ) &( pxList->xListEnd ); pxList->xListEnd.pxPrevious = ( xListItem * ) &( pxList->xListEnd );
struct xLIST_ITEM {
portTickType xItemValue; //链表节点的数据项，通常用在任务延时，表示 时的节拍数
volatile struct xLIST_ITEM * pxNext; //通过这两个成员变量将所有节点 volatile struct xLIST_ITEM * pxPrevious;//链接成双向链表 void * pvOwner; //指向该 item 的所有者，通常是任务控制块 void * pvContainer; //指向此链表结点所在的链表 }; 这个数据结构定义了一个通用的链表节点；下面的数据结构定义了一个双向链表 typedef struct xLIST { volatile unsigned portBASE_TYPE uxNumberOfItems;//表示该链表中节点的数目 volatile xListItem * pxIndex;//用于遍历链表，指向上次访问的节点 volatile xMiniListItem xListEnd;//链表尾结点 } xList;
先看任务创建：
signed portBASE_TYPE xTaskCreate( pdTASK_CODE pvTaskCode, const signed portCHAR * const pcName, unsigned portSHORT usStackDepth, void *pvParameters, unsigned portBASE_TYPE uxPriority, xTaskHandle *pxCreatedTask ) { signed portBASE_TYPE xReturn; tskTCB * pxNewTCB; #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
FreeRTOS 任务管理分析
freertos 是一个轻量级的 rtos，它目前实现了一个微内核，并且 port 到 arm7, avr, pic18, coldfire 等众多处 理器上；目前已经在 rtos 的市场上占有不少的份额。它当然不是一个与 vxworks 之类的 rtos 竞争的操作系 统，它的目标在于低性能小 RAM 的处理器上。整个系统只有 3 个文件，外加上 port 的和处理器相关的两 个文件，实现是很简洁的。 与 ucosii 不同，它是 free 的，ucosii 不是 free 的，虽然它的代码是公开的。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。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。这一点是和 ucosii 不同的。 另外一点不同是 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。 这篇文章是以 freertos v5.0 版本的代码为例子分析下它的任务管理方面的实现。时间关系可能没有太多时 间写的很详细了。 1.链表管理 freertos 里面的任务管理，queue,semaphore 管理等都借助于双向链表，它定义了个通用的数据结构