FreeRTOS 簡介

FreeRTOS 簡介

FreeRTOS 是一個嵌入式實時操作系統，什麼是實時操作系統呢？

對於一個嵌入式系統，比如說一個數據採集器，他需要不停地採集數據併發送給主機，例如有三個任務，一個是採集任務，一個是發送任務，一個顯示任務。正常情況下，應該是先採集再顯示併發送，理想中顯示和發送是同時進行的。但是我們的MCU在一個時刻只能跑一個任務，也就是說必有個先後關係，我們可以認爲定義順序如下——採集->發送->顯示。

那麼考慮複雜一點的情況，如果此時發送任務沒有等到數據，他就會停在這裏等待，然而這就導致了顯示任務不能正常進行。這就不能稱爲實時。這個例子也許還不能完全體現實時系統的重要性，如果我們將場景設定爲自動駕駛，我們的控制和感知系統的實時性凸顯的尤爲重要，一個意外的延遲會造成安全性的極大下降。還有更多的場景，這裏就不一一列舉了。當然，除了實時性的優點，RTOS也具有較強的擴展性和易用性，方便開發者進行開發。總之，RTOS在很多場景中都是不可或缺的。

對於FreeRTOS來說，嚴格意義上來說還不能稱爲實時，因爲他只是相當於分時複用，比方說我們把一個時間單位設定爲1ms，那麼我把這1ms可以分爲很多的細分，每個細分上跑不同的任務，這樣在宏觀上看就相當於實時系統了。真正的實時系統，就是實現並行的操作，比如說FPGA，這裏不再贅述。常見的RTOS，還有 $\mu COS$ 、VxWorks等

下圖是2019年EETimes統計的最常用的操作系統排名，供大家參考

FreeRTOS 架構

一個FreeRTOS 系統主要由BSP驅動+內核+組件組成（如上圖）。內核包含多任務調度、內存管理、任務間通信的功能，組件包含網絡協議、外設支持等。

FreeRTOS內核是可剪裁的，組件也是可選的。由於嵌入式應用往往對內存空間的要求十分苛刻，所以一個可剪裁的RTOS對於嵌入式應用非常重要。這使得FreeRTOS的核心代碼只有9000行左右。

FreeRTOS 特性

• 靈活的任務優先級
• 靈活輕量級的任務通知機制
• 隊列
• 二值/計數信號量
• 互斥/遞歸互斥量
• 軟定時器
• 事件組
• 定時/空閒Hook函數
• 棧溢出檢查
• 跟蹤記錄
• 任務時間統計
• …

FreeRTOS 文件

FreeRTOS核心組件主要有三個文件：list.c，queue.c，tasks.c是必須添加的；可擴展的部分：stream_buffer.c, croutine.c, event_group.c這幾個功能用不着可以不加。

下圖是FreeRTOS-Kernel的根目錄

• queue.c 隊列
• timers.c 軟定時器
• event_group.c 事件組
• croutine.c 協程，協程大多應用在資源很有限的MCU上，目前已經很少使用了

下圖是FreeRTOS的根目錄

需要注意的是，這兩個根目錄是不一樣的。FreeRTOS的內核文件是在FreeRTOS-Kernel的目錄下的。\FreeRTOS\Demo目錄下是不同芯片的Demo（如下圖）

一個完整的工程除了需要.c文件之外，還需要引用頭文件
頭文件‘task.h’, ‘queue.h’, ‘semphr.h’, ‘timers.h’ ,‘event_groups.h’ 等

另外還需要添加頭文件等包含路徑
示例：
**

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

**
FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]. 這個路徑下可以包含Heap Memory allocation文件，具體請參考官方說明文檔