FreeRTOS中文实战指南：微控制器的理想选择

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"《FreeRTOS指南》是一篇详细介绍FreeRTOS实时操作系统（RTOS）的文章，该内核专为微控制器设计，其核心优势在于提供一个高效且免费的实时内核解决方案。作者并未决定在自己的系统中采用FreeRTOS，但被其免费特性所吸引，并注意到FreeRTOS.net在中国的积极推动工作，这促使他决定在工作之余翻译这篇英文文档，将其转化为中文版本，以便国内开发者能更好地理解和使用。文章强调了FreeRTOS对于微控制器开发的重要性，特别是对于那些寻求低成本、高效能实时控制系统的开发者。原文出自www.FreeRTOS.net，该网站严格禁止任何形式的非授权分发或出版。文章内容包括第一章"任务管理"，这是FreeRTOS的核心组成部分，它允许程序通过创建和调度任务来组织多任务处理，确保任务按照预定的时间表执行，从而实现系统的并发和高效运作。翻译者Zou Changjun并未翻译附录，并表示自己并非专业翻译，因此可能存在翻译错误或疏漏，他鼓励读者在发现任何问题时给予反馈，共同提升中文版的质量。通过阅读这篇文章，读者可以深入了解FreeRTOS的原理、应用以及如何在微控制器项目中实施和优化任务管理，这对于任何希望在嵌入式系统开发中运用RTOS的工程师来说都是宝贵的学习资料。"

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FreeRTOS 16

Designed For Microcontrollers;

/* 定义将要通过任务参数传递的字符串。定义为const，且不是在栈空间上，以保证任务执行时也有效。 */

static const char *pcTextForTask1 = “Task 1 is running\r\n”;

static const char *pcTextForTask2 = “Task 2 is running\t\n”;

int main( void )

{

/* Create one of the two tasks. */

xTaskCreate( vTaskFunction, /* 指向任务函数的指针. */

"Task 1", /* 任务名. */

1000, /* 栈深度. */

(void*)pcTextForTask1, /* 通过任务参数传入需要打印输出的文本. */

1, /* 此任务运行在优先级1上. */

NULL ); /* 不会用到此任务的句柄. */

/* 同样的方法创建另一个任务。至此，由相同的任务代码(vTaskFunction)创建了多个任务，仅仅是传入

的参数不同。同一个任务创建了两个实例。 */

xTaskCreate( vTaskFunction, "Task 2", 1000, (void*)pcTextForTask2, 1, NULL );

/* Start the scheduler so our tasks start executing. */

vTaskStartScheduler();

/* If all is well then main() will never reach here as the scheduler will

now be running the tasks. If main() does reach here then it is likely that

there was insufficient heap memory available for the idle task to be created.

CHAPTER 5 provides more information on memory management. */

for( ;; );

}

程序清单 9 例 2 中的 main()函数实现代码

例 2 的运行输出结果与例 1 完全一样，参见图 2。

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FreeRTOS 17

Designed For Microcontrollers;

1.5 任务优先级

xTaskCreate() API 函数的参数 uxPriority 为创建的任务赋予了一个初始优先级。这

个侁先级可以在调度器启动后调用 vTaskPrioritySet() API 函数进行修改。

应用程序在文件 FreeRTOSConfig.h 中设定的编译时配置常量

configMAX_PRIORITIES 的值，即是最多可具有的优先级数目。FreeRTOS 本身并没

有限定这个常量的最大值，但这个值越大，则内核花销的内存空间就越多。所以总是建

议将此常量设为能够用到的最小值。

对于如何为任务指定优先级，FreeRTOS 并没有强加任何限制。任意数量的任务可

以共享同一个优先级——以保证最大设计弹性。当然，如果需要的话，你也可以为每个

任务指定唯一的优先级(就如同某些调度算法的要求一样)，但这不是强制要求的。

低优先级号表示任务的优先级低，优先级号 0 表示最低优先级。有效的优先级号范

围从 0 到(configMAX_PRIORITES – 1)。

调度器保证总是在所有可运行的任务中选择具有最高优先级的任务，并使其进入运

行态。如果被选中的优先级上具有不止一个任务，调度器会让这些任务轮流执行。这种

行为方式在之前的例子中可以明显看出来。两个测试任务被创建在同一个优先级上，并

且一直是可运行的。所以每个任务都执行一个”时间片”，任务在时间片起始时刻进入运

行态，在时间片结束时刻又退出运行态。图 3 中 t1 与 t2 之间的时段就等于一个时间片。

要能够选择下一个运行的任务，调度器需要在每个时间片的结束时刻运行自己本

身。一个称为心跳(tick，有些地方被称为时钟滴答，本文中一律称为时钟心跳)中断的

周期性中断用于此目的。时间片的长度通过心跳中断的频率进行设定，心跳中断频率由

FreeRTOSConfig.h 中的编译时配置常量 configTICK_RATE_HZ 进行配置。比如说，

如果 configTICK_RATE_HZ 设为 100(HZ)，则时间片长度为 10ms。可以将图 3 进行

扩展，将调度器本身的执行时间在整个执行流程中体现出来。请参见图 4。

需要说明的是，FreeRTOS API 函数调用中指定的时间总是以心跳中断为单位（通

常的提法为心跳”ticks”)。常量 portTICK_RATE_MS 用于将以心跳为单位的时间值转化

为以毫秒为单位的时间值。有效精度依赖于系统心跳频率。

心跳计数(tick count)值表示的是从调度器启动开始，心跳中断的总数，并假定心跳

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