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1、基础概念

1.1、FreeRTOS概念

FreeRTOS是一个实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计，提供多任务管理、任务调度、时间管理、和资源管理等功能。它是开源的，支持多种微控制器和处理器架构。

2、模块学习

2.1、任务

• 创建/删除任务：使用xTaskCreate()创建任务；

xTaskCreate(TaskFunction, "Name", StackSize, Params, Priority, &Handle);//创建任务 
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(ms));  // 阻塞任务
vTaskDelete(TaskHandle); //删除任务
注意：优先级数值越大越高，Priority（configMAX_PRIORITIES） 定义最大优先级数。

• 任务状态：就绪、运行、阻塞、挂起；
• 任务优先级：设置和获取任务优先级；

2.2、调度（Scheduling）

• 调度算法：基于优先级的抢占式调度；
• 时间片轮转：在相同优先级任务之间进行时间片分配；

2.3、任务间通讯

• 队列（Queue）：用于任务键传递消息；

QueueHandle_t xQueueCreate(QueueLength, ItemSize);  //创建队列
xQueueSend(QHandle, &Data, pdMS_TO_TICKS(timeout));  //向队列发送数据
xQueueReceive(QHandle, &Buffer, timeout);  //从队列接收数据

• 信号量（Semaphore）：用于任务同步和互斥；

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary();  //创建二值信号量
xSemaphoreCreateMutex();  //创建互斥信号量
xSemaphoreCreateCounting(Count, MaxCount);  //创建计数信号量
xSemaphoreTake(SemHandle, timeout);  //获取信号量
xSemaphoreGiveFromISR(SemHandle, &HigherPriorityTaskWoken);  //从中断中释放信号量
xSemaphoreGive(SemHandle);  //释放信号量 

• 事件组（Event Group）：用于多任务的时间通知；

EventGroupHandle_t xEventGroupCreate();  //创建事件组
xEventGroupSetBitsFromISR(EventHandle, BitMask, &HigherPriorityTaskWoken);  //从中断中设置事件位
xEventGroupClearBitsFromISR(EventHandle, BitMask);  //从中断中清除事件位
xEventGroupClearBits(EventHandle, BitMask);  //清除事件位
xEventGroupSetBits(EventHandle, BitMask);  // 设置事件位  
xEventGroupWaitBits(EventHandle, BitMask, AutoClear, WaitAll, timeout); //等待事件位
xEventGroupSync(EventGroupHandle, EventBits, WaitAll, timeout);  //同步事件组

2.4、时间管理

• 延时函数：使用vTaskDelay()实现任务延时；
• 定时器：使用软件定时器实现任务；

2.5、内存管理

• 动态内存分配：使用pvPortMalloc()和vPortFree()进行内存管理，默认动态分配策略；
• 静态分配：更安全，需预先定义对象（如StaticTask_t）;
• 内存池：使用内存池管理内存分配；

3、各模块串联逻辑

3.1、任务创建与调度

创建多个任务并设置不同的优先级，FreeRTOS会根据优先级调度任务执行。

3.2、任务间通讯

使用队列在任务间传递数据，使用信号量实现对共享资源的互斥访问。

3.3、时间管理

结合任务延时和定时器，实现定时任务和周期性任务。

3.4、内存管理

合理使用动态内存分配和内存池，确保内存使用高效且避免内存泄漏。

4、示例代码

以下是一个简单的FreeRTOS示例，展示了任务创建、任务间通讯和时间管理的基本用法：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"
#include "semphr.h"// 定义队列和信号量
QueueHandle_t xQueue;
SemaphoreHandle_t xSemaphore;// 定义任务函数，任务1：发送数据
void vTaskSender(void *pvParameters)
{int valueToSend = 0;while (1){//等待信号量if(xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY) == pdTRUE){// 发送数据到队列xQueueSend(xQueue, &valueToSend, portMAX_DELAY);valueToSend++;// 释放信号量xSemaphoreGive(xSemaphore);}vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 延时1秒}
}// 定义任务函数，任务2：接收数据
void vTaskReceiver(void *pvParameters)
{int valueReceived = 0;while (1){// 接收数据if(xQueueReceive(xQueue, &valueReceived, portMAX_DELAY) == pdTRUE){// 处理接收的数据printf("Received value: %d\n", valueReceived);}}
}//主函数
int main(void)
{// 创建并初始化队列和信号量xQueue = xQueueCreate(10, sizeof(int));xSemaphore = xSemaphoreCreateMutex();// 创建任务xTaskCreate(vTaskSender, "Sender", 1000, NULL, 1, NULL);xTaskCreate(vTaskReceiver, "Receiver", 1000, NULL, 1, NULL); // 启动FreeRTOS调度器vTaskStartScheduler();//程序不应到达这里for(;;);
}

4.1、代码说明

• 任务创建：创建了两个任务vTaskSender和vTaskReceiver，分别用于发送和接受数据；
• 队列：使用队列xQueue在任务间传递整数数据；
• 信号量：使用信号量xSemaphore确保对队列的互斥访问；
• 时间管理：vTaskDelay()用于控制任务的执行频率；

5、学习路线建议

1.实践顺序：

• 先掌握任务、队列、信号量->定时器->事件组->内存优化。
  2.调试技巧：
• 使用uvTaskGetStackHighWaterMart()检测任务堆栈溢出。
  3.拓展学习
• 优先级反转（互斥量的优先级继承）、看门狗、Tickless低功耗模式。

6、结语

FreeRTOS的核心是任务调度与资源管理，通过队列、信号量等组件实现多任务协作。先分模块验证功能，再逐步组合成完整系统。