嵌入式FreeRTOS学习一，FreeRTOS概述和代码结构

一、FreeRTOS是什么

FreeRTOS 是由 Real Time Engineers Ltd 出品，是一款市场领先的 RTOS。现在已经支持几十种

处理器架构。

Free即免费的，RTOS全称是 Real Time Operating System，中文就是实时操作系统。注意，RTOS 不是指某一个确定的系统，而是指一类系统。比如μC/OS，FreeRTOS，RTX，RT-Thread等这些都是 RTOS 类操作系统。

操作系统允许多个任务同时运行，这个叫做多任务。实际上，一个处理器核心在某一时刻只能运行

一个任务。操作系统中任务调度器的责任就是决定在某一时刻究竟运行哪个任务。任务调度在各个任 务之间的切换非常快，就给人们造成了同一时刻有多个任务同时运行的错觉。

某些操作系统给每个任务分配同样的运行时间，时间到了就轮到下一个任务，比如Unix 操作系

统。FreeRTOS 操作系统则是由用户给每个任务分配一个任务优先级，任务调度器就可以根据此优先级 来决定下一刻应该运行哪个任务。FreeRTOS是RTOS系统的一种，FreeRTOS十分的小巧，可以在资源有 限的微控制器中运行，当然，FreeRTOS 不仅局限于在微控制器中使用。但从文件数量上来看 FreeRTOS 要比μC/OS-II和μC/OS-III小的多。FreeRTOS 最大的优势就是开源免费，商业使用的话不需要用户公开源代码，也不存在任何版权问 题，是当前小型嵌入式操作系统市场使用率最高的。

官网

https://www.freertos.org/

api函数

https://www.freertos.org/a00106.html

文档下载

https://www.freertos.org/Documentation/RTOS_book.html

以下是官网文档的下载地址页面。

二、FreeRTOS的特点

FreeRTOS是一个可裁剪的小型 RTOS 系统，其特点包括：

• FreeRTOS 的内核支持抢占式，合作式和时间片调度。
• 提供了一个用于低功耗的 Tickless 模式。
• 系统的组件在创建时可以选择动态或者静态的 RAM，比如任务、消息队列、信号量、软件定时器等等。
• FreeRTOS-MPU 支持 Corex-M 系列中的 MPU 单元，如 STM32F429。
• FreeRTOS 系统简单、小巧、易用，通常情况下内核占用 4k ~ 9k 字节的空间。
• 高可移植性，代码主要 C 语言编写。
• 高效的软件定时器。
• 强大的跟踪执行功能。
• 堆栈溢出检测功能。
• 任务数量不限。
• 任务优先级不限。

三、选择FreeRTOS原因

对比了许多RTOS，最终选择FreeRTOS，原因是多方面的：

FreeRTOS是免费的，学习RTOS操作系统的话，μC/OS是首选，但要做产品的话，免费的FreeRTOS操作系统就是个不 错的选择。

许多半导体厂商产品的 SDK(Software Development Kit—软件开发工具包)包就使用 FreeRTOS 作为其操作系统， 尤其是 WiFi、蓝牙这些带协议栈的芯片或模块。

简单，因为FreeRTOS的文件数量很少。 SafeRTOS便是基于FreeRTOS而来，前者是经过安全认证的RTOS，因此对于FreeRTOS的安全性也有了信心。

大量开发者使用，并保持高速增长趋势。2011、2012、2013、2014、2015、2017年（暂时没有2016年的数据）、 2019年（暂时没有2018年的数据）的EEtimes杂志嵌入式系统市场报告显示，FreeRTOS在RTOS内核使用榜和RTOS内核

计划使用榜上都名列前茅。更多的人使用可以促进发现BUG，增强稳定性。

文档齐全。在FreeRTOS官方网站上，可以找到所有你需要的资料。

免费、开放源码。完全可以免费用于商业产品，开放源码更便于学习操作系统原理、从全局掌握FreeRTOS运行机 理、以及对操作系统进行深度裁剪以适应自己的硬件。

2017年底，FreeRTOS作者加入亚马逊，担任首席工程师，FreeRTOS也由亚马逊管理。同时修改了用户许可证， FreeRTOS变得更加开放和自由。背靠亚马逊，相信未来FreeRTOS会更加稳定可靠。此外，以前价格不菲的《实时内核 指南》和《参考手册》也免费开放下载，这使得学习更加容易。

四、FreeRTOS代码规范

FreeRTOS 核心源码文件的编写遵循 MISRA 代码规则，同时支持各种编译器。但考虑到有些编译器 的性能还比较弱，不支持 C 语言的新标准 C99 和 C11 的一些特性和语法，所以 FreeRTOS 的源码中就没有引入 C99 和 C11 的新特性，但是有一个例外，源码中有用到头文件 stdint.h（这个文件是 C99标准才引入的）。

4.1 FreeRTOS代码结构

其内核代码文件就这几个，非常简洁:

croutine.c/croutine.h: 协程，在8位/16位平台下效率比较高，在32位平台建议使用任务task。

event_groups.c / event_groups.h:顾名思义，这个是事件组的实现。

heap_x.c：内核堆实现，FreeRTOS提供了heap_1.c ～ heap_5.c 5种堆管理器，各有优缺点，需要根据应用进行选择。

list.c/list.h：链表实现，主要为调度器提供数据结构算法支持服务。比如任务链表。

port.c/portmacro.h：硬件相关层级可移植抽象，主要包括SysTick中断，上下文切换，中断管理，具体实现很大程度上取决于平台（单片机体系硬件内核和编译器工具集）。通常以汇编语言实现。

queue.c/queue.h/semphr.h：信号量、互斥体实现。

tasks.c/task.h:任务管理器实现。

timers.c/timers.h：软件定时器实现。

FreeRTOS.h：选编译配置文件，用于汇总所有源文件的编译选择控制。

FreeRTOSConfig.h：FreeRTOS内核配置，Tick时钟和irq中断配置。

4.2 FreeRTOS代码规范

4.2.1 变量

变量有严格的前缀标识变量类型属性：

c – char 字符型变量

s – short 短型变量

l – long 长整型变量

x – portBASE_TYPE 在 portmacro.h 中定义，便于移植的数据类型转定义

u – unsigned 无符号整型

p - pointer 指针

// x 表示portBASE_TYPE, u 表示无符号型
PRIVILEGED_DATA static volatile TickType_t xTickCount = ( TickType_t ) configINITIAL_TICK
PRIVILEGED_DATA static volatile UBaseType_t uxTopReadyPriority = tskIDLE_PRIORITY; 
 //比如在list.h 中 
struct xLIST_ITEM
 {  configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;  //指针以p打头
    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
    void * pvOwner;
    struct xLIST * configLIST_VOLATILE pxContainer;
 };

对于C语言的基本数据类型，做了可移植转定义：

#define portCHAR char
#define portFLOAT float
#define portDOUBLE double
#define portLONG long
#define portSHORT short
#define portSTACK_TYPE uint32_t
#define portBASE_TYPE long

4.2.2 函数

前缀：

v ：void 无返回类型

x ：返回portBASE_TYPE

prv ：私有函数，模块内使用

 //ux 表示无符号portBASE_TYPE 返回值
 //List表示该函数所属文件
 //Remove函数名
UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove ) PRIVILEGED_FUNCTION; 
//又比如prv 表示模块内函数
static TickType_t prvGetNextExpireTime( BaseType_t * const pxListWasEmpty ) PRIVILEGED_FUNCTION

4.2.3 宏

定义宏所属文件，也即在哪个文件内定义的：

port：比如portable.h中portMAX_DELAY
task：比如task.h中task_ENTER_CRITICAL
pd ：例如projdefs.h中定义的pdTRUE
config：例如 FreeRTOSConfig.h中定义的configUSE_PREEMPTION
err：例如 projdefs.h中定义的errQUEUE_FULL

至于这么严格的代码规范是否值得推崇，提高阅读性。但是在实际开发中这个见仁见智，有些企业

比较喜欢Linux代码风格，对于过于复杂的代码规范，会继续原有的代码风格。