FreeRTOS学习笔记——总览

考虑到RTOS能够提升单片机开发能力，也是开发复杂任务的必经之路，还是有必要学习的。
FreeRTOS教程多，免费开源，是个不错的选择。后续可以考虑继续学习RT-Thread等。
参考1：FreeRTOS(教程非常详细）——作者：不秃也很强
参考2：部分内容由GPT生成，请注意核实。

一、FreeRTOS简介

FreeRTOS 是一个开源、实时操作系统 (RTOS)，它提供了对多任务处理、资源管理和硬件抽象的支持。它主要用于嵌入式系统开发，特别适合资源受限的环境。以下是对 FreeRTOS 的简介，包括其特点、优缺点等内容：

FreeRTOS 简介

FreeRTOS 是一个功能强大的实时操作系统，广泛应用于嵌入式系统中。它轻量且高效，适用于对时间要求较高的应用场景，如自动化控制、工业设备、智能家居设备等。作为一个实时操作系统，FreeRTOS 支持多任务调度，并提供了诸如任务优先级、队列、信号量、互斥量等基本的同步机制。

特点

1. 轻量级：
   FreeRTOS 内核非常小巧，适用于资源受限的嵌入式系统。它的内核代码可以精简到几 KB 的大小，适合存储空间有限的设备。

2. 优先级调度：
   FreeRTOS 支持基于优先级的任务调度，用户可以为任务分配不同的优先级，并根据任务的优先级进行调度。

3. 支持多种架构：
   FreeRTOS 支持多种微处理器架构，包括 ARM Cortex-M、AVR、PIC、RISC-V 等。可以在多种硬件平台上进行移植。

4. 可配置性强：
   FreeRTOS 是高度可配置的，用户可以根据项目的需要定制调度策略、内存管理方案以及其他系统资源的管理方式。

5. 广泛的社区支持：
   作为一个开源项目，FreeRTOS 拥有强大的社区支持，用户可以轻松获取文档、示例代码和开发者论坛的帮助。

6. 实时性：
   FreeRTOS 是为实时应用设计的，支持精确的任务调度和时间管理，能够保证高优先级任务的及时响应。

7. 集成丰富的同步机制：
   提供了信号量、队列、互斥量等同步机制，支持多任务之间的通信和协调。

8. 低功耗支持：
   FreeRTOS 支持低功耗管理，适合电池供电的设备，能够根据任务需求调整处理器的工作状态。

优点

1. 开源和免费：
   FreeRTOS 是完全开源的，可以自由使用并根据需要修改源代码，这使得它特别适合学术研究和商业产品开发。

2. 高度可移植：
   支持多种硬件平台和编译器，开发者可以在不同的硬件上移植和使用 FreeRTOS。

3. 灵活的任务管理：
   提供了丰富的任务调度功能，能够在多任务系统中灵活管理任务，包括任务创建、删除、挂起、恢复等。

4. 实时性能：
   对实时任务的响应时间控制严格，适合需要严格时间约束的嵌入式系统。

5. 广泛应用和成熟：
   已经被广泛应用于各类商业产品中，经过了大量实际应用的验证，具有很高的稳定性。

缺点

1. 功能相对简单：
   虽然 FreeRTOS 提供了多任务管理和基本的同步机制，但其功能相较于一些更复杂的操作系统（如 Linux）较为简单，不支持复杂的进程管理、文件系统和网络协议栈。

2. 调试较难：
   由于是嵌入式系统，调试 FreeRTOS 程序通常比较复杂。虽然有一些调试工具，但相比于标准操作系统，嵌入式开发环境的调试仍然面临一些挑战。

3. 内存管理：
   FreeRTOS 的内存管理功能相对较为基础，缺乏先进的内存保护和虚拟内存管理，可能导致一些内存溢出等问题。

4. 不适合复杂的任务管理：
   FreeRTOS 的多任务支持适合简单到中等复杂度的任务管理，对于需要大量进程、线程调度和高效资源管理的大规模应用可能不太适用。

总结

FreeRTOS 是一个非常适合嵌入式系统的小型实时操作系统，它提供了强大的多任务处理能力和良好的实时性支持，尤其适合资源有限、对时间要求严格的应用。它的开源特性和高可配置性使得它在嵌入式领域有着广泛的应用，但对于需要更复杂功能的系统，可能需要考虑其他更强大的 RTOS 或操作系统。

希望这个简介能够帮助你理解 FreeRTOS 的基本概念，后续可以在博客中进一步深入探讨具体的使用场景和移植过程。

二、函数名前缀和参数命名规范

在 FreeRTOS 中，函数名前缀和参数命名通常有一些约定，这些约定有助于区分不同类型的变量、函数或对象的作用。下面是一些常见的命名约定，解释了这些前缀的含义：

1. x 前缀

• x 是 FreeRTOS 中非常常见的前缀，表示 “变量”。它用于标识一个 结构体、句柄、或其他对象，这些对象通常会存储状态信息或数据，并且可能会在多个任务间传递。
• xTaskHandle：例如 xTaskHandle 是一个句柄类型，用于引用任务。
• xQueueHandle：表示队列的句柄。
• xSemaphoreHandle：表示信号量的句柄。
• xEventGroupHandle：表示事件组的句柄。

例子：

xQueueHandle xQueue;  // 队列句柄
xTaskHandle xTask;    // 任务句柄

2. v 前缀

• v 前缀通常表示 “void” 类型的函数，即不返回值的函数。许多 FreeRTOS 的 API 函数都是以 v 为前缀的，它们执行任务但不需要返回值。

例子：

void vTaskDelay( TickType_t xTicksToDelay );  // 延迟函数，不返回值
void vTaskStartScheduler(void);                // 启动调度器函数

3. px 前缀

• px 前缀表示一个 指针，尤其是指向任务、队列、信号量等对象的指针。在 FreeRTOS 的许多数据结构中，使用了指针来管理和传递对象。

例子：

TaskHandle_t *pxTask;  // 任务指针
QueueHandle_t *pxQueue;  // 队列指针

4. ux 前缀

• ux 前缀通常表示 无符号类型的变量，尤其是一些与计数、任务优先级、事件等有关的变量。

例子：

uxQueueMessagesWaiting( QueueHandle_t xQueue );  // 返回队列中消息的数量
uxTaskPriorityGet( TaskHandle_t xTask );  // 获取任务的优先级

5. pv 前缀

• pv 前缀表示 指向 void 类型的指针。它通常用于指向无法预先确定类型的通用数据结构。

例子：

void *pvParameter = NULL;  // 无类型的参数

6. prv 前缀

• prv 表示 “private”（私有的）。通常用于表示在文件内部或静态作用域中的私有函数。它表明这些函数不应该被外部调用，仅限于文件内部的使用。

例子：

static void prvTaskFunction(void *pvParameters);  // 私有任务函数

7. ux 和 x 的结合

• ux 和 x 在某些情况下会结合使用，用于表示 无符号 或 普通 的参数或返回值。

8. 其他命名约定

• TickType_t：表示 FreeRTOS 中时间计时单位的类型，通常是无符号整数。
• BaseType_t：表示带符号的基础类型，常用于任务或事件标志返回的结果。
• TickType_t 和 BaseType_t：都是 FreeRTOS 内部时间和状态相关的标准数据类型。

总结：

这些命名约定为开发者提供了一定的 代码规范，便于理解和维护代码。在使用 FreeRTOS 时，熟悉这些命名规则能帮助你更快速地理解 API 的含义和功能，从而有效地进行开发。

三、开发规范

为了确保后续开发的规范性、可维护性和代码的统一性，命名约定是非常重要的。以下是一些通用的命名约定，适用于 FreeRTOS 或其他嵌入式开发项目。你可以根据具体项目的需求进行调整和扩展：

1. 函数命名

• 动词+名词结构：函数名应该清晰表达其功能，通常使用动词+名词结构来描述。

• 避免简写：使用完整的单词，避免使用不常见的缩写。

• 动词使用：

  • create: 创建任务、队列、信号量等（如 createTask、createQueue）。
  • init: 初始化操作（如 initSystem、initHardware）。
  • get: 获取某个值（如 getTaskPriority）。
  • set: 设置某个值（如 setTaskPriority）。
  • handle: 处理某个操作（如 handleInterrupt）。
  • start, stop: 启动和停止操作（如 startScheduler、stopTask）。
  • check: 检查状态（如 checkQueueEmpty）。

例子：

void createTask(void);
void initSystem(void);
int getQueueLength(QueueHandle_t xQueue);
void startScheduler(void);
void stopTask(TaskHandle_t xTask);

2. 参数命名

• 小写字母+驼峰法：使用小写字母，并遵循驼峰命名规则（第一个单词首字母小写，后续单词首字母大写）。
• 描述性：参数命名要有描述性，能反映它在函数中的作用。
• 避免缩写：尽量避免使用缩写，除非是众所周知的缩写（如 ptr 表示指针）。

例子：

void setTaskPriority(TaskHandle_t taskHandle, UBaseType_t priority);
void initQueue(QueueHandle_t *queueHandle, size_t queueSize);

3. 结构体命名

• 类型名称+结构体标识：结构体的名称应该能明确表示其用途和类型。通常以类型名称为基础，加上 Struct 后缀。
• 驼峰命名法：使用大驼峰命名法（每个单词首字母大写）。
• 结构体成员命名：结构体成员一般使用小写字母，并用下划线分隔（如果需要）。

例子：

typedef struct TaskConfig {uint32_t taskId;uint32_t taskPriority;void (*taskFunction)(void *);
} TaskConfig_t;

4. 全局变量命名

• 小写字母+下划线分隔：全局变量命名应简洁明了，使用小写字母和下划线分隔各个词。
• 避免与局部变量冲突：确保全局变量的命名不会与函数中的局部变量冲突。

例子：

uint32_t system_status;
TaskHandle_t scheduler_task;

5. 常量命名

• 全大写+下划线分隔：常量（如宏、枚举等）使用全大写字母，单词之间使用下划线分隔。
• 前缀标识：可以使用一些前缀来表示常量的作用或范围，例如 MAX_ 表示最大值，CONFIG_ 表示配置相关常量。

例子：

#define MAX_TASK_PRIORITY 10
#define CONFIG_QUEUE_SIZE 128

6. 句柄命名

• 以 Handle 结尾：句柄一般是指向某个对象（如任务、队列等）的指针，命名时可以在名称的后面加上 Handle 后缀。

例子：

TaskHandle_t taskHandle;
QueueHandle_t queueHandle;
SemaphoreHandle_t semaphoreHandle;

7. 类型定义

• typedef 类型名+描述性后缀：如果需要为某些数据类型定义类型别名，可以使用描述性的名称，并以 _t 结尾。

例子：

typedef uint32_t TickType_t;
typedef struct {int x;int y;
} Position_t;

8. 文件命名

• 小写字母+下划线分隔：文件名应简洁明了，使用小写字母和下划线分隔，便于识别文件内容。
• 与功能匹配：文件名应与文件中的功能或模块匹配。

例子：

task_scheduler.c
queue_manager.c
system_init.c

9. 宏命名

• 全大写字母：宏定义使用全大写字母，单词之间使用下划线分隔，便于区分常量和宏定义。

例子：

#define TASK_STACK_SIZE 1024
#define QUEUE_TIMEOUT 100

10. 命名约定总结

• 可读性优先：命名应具有描述性，能准确反映变量或函数的用途。
• 统一性：保持项目中的命名风格一致，避免混用不同的命名方式。
• 避免使用类似“temp”、“data”等没有实际意义的名称，除非是临时变量。
• 避免过度缩写：缩写可以提高代码简洁性，但要确保其他开发者能理解这些缩写的含义。

总结

通过遵循这些命名约定，可以确保代码的清晰性和可维护性。为不同类型的参数、变量、函数等选择合适的命名规则，不仅可以提高开发效率，还能减少后期维护中的混淆和错误。在写博客时，你可以根据这些规则为开发项目提供清晰的命名标准，并帮助其他开发者更好地理解代码。