裸机与RTOS对比
裸机:又称为前后台系统,前台系统指的是中断服务函数,后台系统指的大循环,即应用程序。
- 实时性差:(应用程序轮流执行)
- delay:空等待,CPU不执行其它代码
- 结构臃肿:实现功能都放在无限循环
RTOS:Real Time OS,实时操作系统,强调“实时性”
- 分而治之:实现功能划分为多个任务
- 延时函数:任务调度
- 抢占式:高优先级任务抢占低优先级任务
- 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。
中断可以打断任意任务
FreeRTOS基础知识
调度器:使用相关的调度算法来决定当前需要执行哪个任务。
FreeRTOS一共支持三种任务调度方式:
- 抢占式调度:主要针对优先级不同的任务,每个任务都有一个优先级,优先级高的任务可以抢占优先级低的任务。(数值越大,优先级越大)
- 时间片调度:主要针对优先级相同的任务,当多个任务的优先级相同时,任务调度器会在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务。
- 协程式调度:当前执行任务将会一直执行,同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务。FreeRTOS现在虽然还支持,但是官方表示已经不再更新协程式调度。
抢占式调度
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运行过程如下:
1、首先Task1在运行中,在这个过程中Task2就绪了,在抢占式调度器的作用下Task2会抢占Task1的运行
2、Task2运行过程中,Task3就绪了,在抢占式调度器的作用下Task3会抢占Task2的运行
3、Task3运行过程中,Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时就绪态中,优先级最高的任务Task2执行
4、Task3阻塞解除了(延时到了或者接收到信号量),此时Task3恢复到就绪态中,抢占TasK2的运行
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;被抢占的任务将会进入就绪态。
时间片调度
同等优先级任务轮流地享有相同的CPU时间(可设置:设置滴答定时器的中断周期),叫时间片,在FreeRTOS中,一个时间片就等于SysTick中断周期。
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Task3运行过程中(还不到一个时间片),Task3阻塞了(系统延时或等待信号量等),此时直接切换到下一个任务Task1。
同等优先级任务,轮流执行;时间片轮转。
一个时间片大小,取决于滴答定时器中断周期。
没有用完的时间片不会再使用,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。
任务状态
FreeRTOS中任务共存在4种状态:
- 运行态:正在执行的任务,该任务处于运行态,注意在STM32中,同一个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:任务因延时或等待外部事件发生,那么这个任务就处于阻塞态。
- 挂起态:类似暂停,调度函数vTaskSuspend()进入挂起态,需要调用解挂函数vTaskResume()才可以进入就绪态。
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系统配置文件详解
FreeRTOSConfig.h配置文件作用:对FreeRTOS进行功能配置和裁剪,以及API函数使能。
相关宏可分为三类:
- INCLUDE:配置FreeRTOS可选的API函数
- config:完成FreeRTOS的功能配置和裁剪
- 其它配置项:PendSV宏定义、SVC宏定义(宏定义给Port.c调用)
#define configUSE_PREEMPTION 1
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 0
#define configCPU_CLOCK_HZ (SystemCoreClock)
#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(20*1024))
#define configUSE_IDLE_HOOK 0
#define configUSE_TICK_HOOK 0
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