freertos preemption

时间: 2023-07-06 21:42:32 浏览: 126

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### FreeRTOS 相关知识点详解 #### 一、FreeRTOS 概述 **FreeRTOS**（Free Real-Time Operating System）是一款开源的实时操作系统，适用于小型嵌入式系统。该操作系统以其小巧、高效的特点，在嵌入式开发领域内享有盛誉。FreeRTOS 提供了一系列丰富的 API 接口，方便开发者进行多任务管理、信号量处理、队列操作等。 #### 二、任务管理在 FreeRTOS 中，任务是最基本的调度单位，每个任务都可以独立运行，并且拥有自己的栈空间。通过合理的任务设计与调度策略，可以极大地提高系统的响应速度与可靠性。 ##### 1. 任务函数每个任务都由一个任务函数来定义其执行逻辑。任务函数通常是一个无限循环，其中包含的任务逻辑会不断重复执行。 ##### 2. 任务状态任务的状态包括：运行、就绪、阻塞和挂起。这些状态反映了任务当前的执行情况。 - **运行状态**：任务正在 CPU 上执行。 - **就绪状态**：任务已经准备好执行，但因没有获得 CPU 时间片而处于等待状态。 - **阻塞状态**：任务因等待某个事件（如信号量或定时器）的发生而暂时不能执行。 - **挂起状态**：任务被手动挂起，暂时不参与调度。 ##### 3. 创建任务使用 `xTaskCreate()` 函数创建任务。该函数接收任务函数、任务名称、栈大小等参数，并返回一个任务句柄。示例代码如下： ```c void vTask1(void *pvParameters) { while (1) { // 任务执行逻辑 } } void vTask2(void *pvParameters) { while (1) { // 任务执行逻辑 } } int main() { xTaskCreate(vTask1, "Task1", 100, NULL, 1, NULL); xTaskCreate(vTask2, "Task2", 100, NULL, 2, NULL); vTaskStartScheduler(); // 启动任务调度器 } ``` ##### 4. 任务优先级任务优先级决定了任务的执行顺序。优先级较高的任务将优先获得 CPU 的执行权。FreeRTOS 允许动态地改变任务的优先级，从而实现更加灵活的调度策略。 - 使用 `vTaskPrioritySet()` 函数可以更改任务的优先级。 - 使用 `uxTaskPriorityGet()` 函数获取任务的当前优先级。 ##### 5. 任务延迟 `vTaskDelay()` 和 `vTaskDelayUntil()` 函数可用于实现任务间的延迟执行。这些函数允许开发者指定任务暂停的时间长度，从而实现精确的定时控制。 ```c // 延迟 1 秒后执行 vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 定时启动 uint32_t ulPreviousWakeTime; while (1) { // 执行任务 vTaskDelayUntil(&ulPreviousWakeTime, pdMS_TO_TICKS(1000)); } ``` ##### 6. 空闲任务空闲任务是系统中优先级最低的任务，当所有其他任务均未准备好执行时，系统将执行空闲任务。可以通过注册空闲任务钩子函数来扩展空闲任务的功能。 ```c void vApplicationIdleHook(void) { // 在这里执行空闲任务的扩展功能 } ``` #### 三、队列管理队列是 FreeRTOS 中用于实现任务间通信的重要机制之一。它提供了一种简单有效的方式来交换数据和信号。 - **创建队列**：使用 `xQueueCreate()` 函数创建队列。 - **发送消息**：使用 `xQueueSend()` 或 `xQueueSendToFront()` 发送消息到队列。 - **接收消息**：使用 `xQueueReceive()` 或 `xQueuePeek()` 从队列接收消息。 ```c QueueHandle_t xQueue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t)); if (xQueue != NULL) { uint32_t ulReceivedValue; // 向队列发送数据 xQueueSend(xQueue, &ulCounter, (TickType_t)10); // 从队列接收数据 if (xQueueReceive(xQueue, &ulReceivedValue, (TickType_t)10) == pdTRUE) { printf("Received value: %lu\n", ulReceivedValue); } } ``` #### 四、中断管理在实时操作系统中，正确处理中断对于确保系统的实时性至关重要。FreeRTOS 支持多种中断处理机制，例如使用二进制信号量来进行同步。 - **二进制信号量**：用于同步任务间的执行顺序，可以用来指示某些条件是否满足。 - **递归信号量**：可以在任务中多次获取同一信号量，直到所有获取操作都被释放。 ```c SemaphoreHandle_t xBinarySemaphore = xSemaphoreCreateBinary(); if (xBinarySemaphore != NULL) { // 获取信号量 if (xSemaphoreTake(xBinarySemaphore, (TickType_t)10) == pdTRUE) { // 执行关键代码 xSemaphoreGive(xBinarySemaphore); // 释放信号量 } } ``` #### 五、总结本文详细介绍了 FreeRTOS 的一些核心功能，包括任务管理、队列管理和中断管理。通过对这些概念的理解和实践应用，开发者可以构建出高效稳定的嵌入式系统。FreeRTOS 作为一款优秀的开源实时操作系统，不仅提供了强大的功能支持，还具备良好的社区生态，值得每一位嵌入式开发者深入了解和学习。

FreeRTOS是一个开源的嵌入式操作系统，它支持抢占式调度和协作式调度两种调度方式。在抢占式调度中，任务可以被更高优先级的任务打断，从而立即执行更高优先级任务。而在协作式调度中，任务需要主动让出CPU资源，让其他任务执行。在FreeRTOS中，可以通过设置任务的优先级来实现抢占式调度。当有多个任务具有相同的优先级时，FreeRTOS采用时间片轮转的方式来分配CPU时间。此外，FreeRTOS还支持软件定时器和硬件定时器，可以用来实现周期性任务的调度。

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