1、FreeRTOS基础知识

1.FreeRTOS任务调度方式

FreeRTOS 默认使用固定优先级的抢占式调度策略，对同等优先级的任务执行时间片轮询调度：

• 抢占式调度：FreeRTOS采用抢占式调度方式，允许更高优先级的任务在任何时刻抢占正在执行的低优先级任务。这确保了高优先级任务能够及时响应，并提高了系统的实时性。
• 时间片轮询：在相同优先级的任务之间，FreeRTOS采用时间片轮转策略。每个任务执行一个时间片，如果有其他同优先级的任务等待执行，则切换到下一个任务。这有助于公平地分配CPU时间。

2.FreeRTOS中任务共存在4种状态：

• 运行态：当任务实际执行时，它被称为处于运行状态。如果运行 RTOS 的处理器只有一个内核， 那么在任何给定时间内都只能有一个任务处于运行状态。注意在STM32中，同一时间仅一个任务处于运行态。
• 就绪态：准备就绪任务指那些能够执行（它们不处于阻塞或挂起状态）， 但目前没有执行的任务， 因为同等或更高优先级的不同任务已经处于运行状态。
• 阻塞态：如果任务当前正在等待延时或外部事件，则该任务被认为处于阻塞状态。
• 挂起态：类似暂停，调用函数 vTaskSuspend() 进入挂起态，需要调用解挂函数vTaskResume()才可以进入就绪态。

只有就绪态可转变成运行态，其他状态的任务想运行，必须先转变成就绪态。转换关系如下：

3.FreeRTOS的滴答

休眠时，RTOS 任务将指定需要“唤醒”的时间。 阻塞时，RTOS 任务可以指定希望等待的最长时间。

FreeRTOS 实时内核通过滴答计数变量测量时间。定时器中断（RTOS 滴答中断）以严格的时间精度增加滴答数——允许实时内核以所选择的定时器中断频率的分辨率来测量时间。

每次滴答数增加时，实时内核必须检查是否现在是解除阻塞或唤醒任务的时间。在滴答 ISR 期间唤醒或解除阻塞的任务的优先级可能高于被中断任务的优先级。

4.什么时候进行上下文切换

在需要切换任务的时候进行上下文切换，真正执行上下文切换是在PendSV的ISR中处理的。使用PendSV是因为其可以手动触发，并且可以在其他更高中断优先级的ISR中来进行设置，比较灵活。具体触发操作是将中断控制和状态寄存器 ICSR 的 bit28，也就是 PendSV 的挂起位置 1 来触发PendSV 中断。FreeRTOS会将PendSV设置为最低中断优先级，避免任务切换影响到其他正常的ISR。

在FreeRTOS中有以下几个情况会触发PendSV异常产生切换：

​​​​​​​RTOS 滴答中断：会处理就绪列表，判断是否要切换任务（包括抢占式、时间片轮转）。

任务执行完毕：主动调用任务切换函数进行强制切换。

5.空闲任务

RTOS 调度器启动时，自动创建空闲任务，以确保始终存在一个能够运行的任务。

空闲以最低优先级创建，以确保如果有更高的优先级应用程序任务处于准备就绪状态，空闲任务则不使用任何 CPU 时间。

空闲任务负责释放被删除的任务的内存。