esp32开发快速入门 2：FreeRTOS(1)

起源

先说一下FreeRTOS的起源，FreeRTOS是由Richard Barry在2003年由设计的，由于其设计的小巧简单，整个核心代码只有3到4个C文件。在设计之初就异军突起，累计开发者数百万，是目前市场占有率最高的RTOS，现在FreeRTOS已经支持三十多种芯片，基本包含市场上所有的微控制器。FreeRTOS在2018年被亚马逊收购，继续遵循GPLV2许可协议完全免费。 Richard Barry为了让代码容易阅读、移植和维护，大部分的代码都是以C语言编写，只有一些内核调度函数采用汇编编写。

正题

1. 获取源码

freeRTOS官网，进入官网点击download FreeRTOS,按照提示下载源码。

最新的版本是10.2.1，下载完成后是一个exe文件，点击解压。

2. 命名规则

FreeRTOS核心源码文件的编写遵循MISRA（The Motor Industry Software Reliability Association 汽车工业软件可靠性联会）代码规则，同时支持各种编译器

变量

• uint32_t定义的变量都加上前缀ul，u代表unsigned 无符号，l代表long长整型。

• uint16_t定义的变量都加上前缀us。u代表unsigned无符号，s代表short短整型。

• uint8_t定义的变量都加上前缀uc。u代表unsigned无符号，c代表char字符型。

• size_t 定义的变量也要加上前缀ux。枚举变量会加上前缀e。 指针变量会加上前缀p。

函数

• 加上了static声明的函数，定义时要加上前缀prv(这个是单词private的缩写)。

• 带有返回值的函数，根据返回值的数据类型，加上相应的前缀，如果没有返回值，即void类型 ，函数的前缀加上字母v。

• 根据文件名，文件中相应的函数定义时也将文件名加到函数命名中，比如tasks.c文件中函数vTaskDelete，函数中的task就是文件名中的task。

宏定义

• 据宏定义所在的文件，文件中的宏定义声明时也将文件名加到宏定义中，比如宏定义configUSE_PREEMPTION 是定义在文件 FreeRTOSConfig.h里面。宏定义中的config就是文件名中的config。另外注意，前缀要小写。

• 除了前缀，其余部分全部大写，同时用下划线分开。

自定义数据类型

主要有4中类型 ：

• TickType_t：如果使能宏定义configUSE_16_BIT_TICKS，定义为16位无符号类型，如果没有使能这个宏，则表示32位无符号类型。

• BaseType_t:对于32位的处理器，定位32位有符号数，对于16位处理器，则表示16位有符号数。

• UBaseType_t：BaseType_t的无符号类型。

• STackType_t：栈变量的数据类型，16位处理器就对应16位变量，32位处理器对应32位变量.

3.FreeRTOS 初探

在一般的教程中最开始都是系统移植，但是我觉得在对RTOS一无所知的时候就去移植反而会使自己一头雾水，出现一点错误都不知道从那里下手解决问题。

先介绍一下FreeRTOS对一般用户能够用到的特点：

• 理论上支持无限多个优先级

• 理论上支持无线多个任务

• 支持抢占式调度（执行优先级最高的任务），时间片调度（定时切换任务）

• 支持小时队列，二值信号量，计数信号量，递归信号量，互斥信号量，消息传递和消息同步

• 静态可裁剪(根据config文件)

RTOS工作流程

• RTOS工作的一般流程

​

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• 单片机工作的一般流程

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添加图片注释，不超过 140 字（可选）

任务TASK我们暂时可以理解为一个while(1)的死循环。不死不休的执行着里面的程序。至于什么时间切换到下一个任务，就需要我们在while(1)中告诉调度器我们在什么时候想切换任务了。

调度器：就是负责根据当前条件切换到相应的任务中。

我们可以认为FreeRTOS跟单片机程序一样，它的调度器就是在中断函数中切换任务。这样一想FreeRTOS是不是一下就简单了。

如何开始写FreeRTOS的应用程序

我的目的是让读者能够快速上手FreeRTOS，其中有所遗漏则学需要读者自己补齐。

1. 创建任务: 使用函数xTaskCreate ，这个函数是freeRTOS提供的创建任务的函数，FreeRTOS官方已经提供了详细的注释，如果有阅读英文的能力最好是看官方提供的注释。

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pvTaskCode,    // 函数指针 
    const char * const pcName,   // 函数名称 
    configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,//堆栈大小
    void *pvParameters,//函数参数
    UBaseType_t uxPriority,//优先级
    TaskHandle_t *pvCreatedTask//任务句柄，保存任务的结构体
    );

//任务函数实例 
 void vTaskCode( void * pvParameters )
 {
     for( ;; )
     {
         // Task code goes here.
     }
 }

2. 参数解释：

• 函数指针就是我们执行功能的函数指针，他的格式为 void vTaskCode( void * pvParameters )

• 函数名称则是在系统中保存的一个字符串，这个一般是给开发者看的，开发者可以直观的看到函数的名字，计算机其实是不需要的。

• 堆栈大小，堆栈大小的意思就是这个任务所能运行的内存的大小，也就是说整个任务只能运行在这段内存中，所以在定义这个参数时应该根据函数的功能预估出函数所堆栈大小。

• 函数参数，这个参数一般是用于向给任务传入参数时使用，因为函数指针的格式一定规定好了，所以只能以指针的形式将参数传递到函数内部了，但是一般情况下这个参数是不需要的传入NULL即可。

• 优先级：定义的任务在整个系统中所执行的时机，FreeTROS的优先级是从0～configMAX_PRIORITIES，0优先级最小，系统已经默认分配了，开发者从优先级1开始分配。

• 任务句柄，这个参数本质上是一个结构体，这个结构体中保存了当前任务的一些信息，如果想在其他任务中使用这个函数，只需要使用这个句柄就可以找到这个任务了。

3. 任务运行

• 在调用完创建任务函数之后，还需要执行vTaskStartScheduler() 开始运行调度器，

vTaskStartScheduler();

执行完vTaskStartScheduler后，系统就会按照当前任务中谁的任务优先级高，运行谁的规则执行（抢占式优先级）。

4. 例程展示

#include "stdio.h"
    #include "FreeRTOSconfig.h"

    /*tskIDLE_PRIORITY为系统最低优先级 0*/
    #define TASK1_PRIORITY              ( tskIDLE_PRIORITY + 1 )
    #define TASK2_PRIORITY              ( tskIDLE_PRIORITY + 2 )
    #define TASK3_PRIORITY              ( tskIDLE_PRIORITY + 3 )

    #define TASK_STACK_SIZE            512

    void vTaskFunction1( void * pvParameters )
    {
        for( ;; )
        {
             printf("vTaskFunction1 \n");
             vTaskDelay(100);
        }
    }
    void vTaskFunction2( void * pvParameters )
    {
        for( ;; )
        {
             printf("vTaskFunction2 \n");
             vTaskDelay(100);
        }
    } 
    void vTaskFunction3( void * pvParameters )
    {
        for( ;; )
        {
             printf("vTaskFunction3 \n");
             vTaskDelay(100);
        }
    }

    int main(void)
    {
        ...
        xTaskCreate( vTaskFunction1, "TASK1", TASK_STACK_SIZE, NULL, TASK1_PRIORITY, NULL );
        xTaskCreate( vTaskFunction2, "TASK2", TASK_STACK_SIZE, NULL, TASK2_PRIORITY, NULL );
        xTaskCreate( vTaskFunctio3n, "TASK3", TASK_STACK_SIZE, NULL, TASK3_PRIORITY, NULL );   
        vTaskStartScheduler();
        while(1){
            //永远不会执行到这里！
        }
        return 0;
    }

以上是一个最简单了示例，我在每一个函数中都调用了vTaskDelay这个函数，vTaskDelay这个函数是延时函数(相对延时，延时时间并不准确)，调用这个函数的原因在于跳出当前任务，因为RTOS是抢占是调度器，就是移植执行最好优先级的任务，所以如果不让最高优先级停下来的话 ，其他任务是不可能有执行机会的。

vTaskDelay函数就是让当前任务进入到阻塞状态，让任务进行切换，等延时时间到了调度器查看当前任务是不是最好优先级的任务，如果是就执行这个任务。在实际应用当中不一定只能使用vTaskDelay函数进行任务切换，在之后我会介绍使用其他的方式切换任务。

5. 任务状态

刚刚我写到阻塞这个词，挂起状态是表述FreeRTOS任务的当前所处的状态，根据当前的状态调度器判断当前任务是否应该被执行。 FreeRTOS有四个任务状态 Running 运行态 : 当任务正在运行时这个任务就工作在运行态 Ready 就绪态 : 指能够运行，但是当前的CPU被更高优先级的任务所占用 Blcokd 阻塞态 : 任务一直处在等待信号量，消息队列，事件标志的状态称为阻塞态。（可以理解成被阻塞不能往下运行了） Suspended 挂起态 : * 类似于阻塞态，但是这个状态是通过调用vTaskSuspend()函数引起的，挂起后任务不能执行，只有调用xTaskResume()函数才能将任务从挂起状态中恢复出来。