FreeRTOS操作系统的配置示例解析

目录
  • 1. FreeRTOSConfig.h 文件
  • 2.  “INCLUDE_” 开始的宏
  • 3.“config”开始的宏

FreeRTOS 的系统配置文件为 FreeRTOSConfig.h,在此配置文件中可以完成 FreeRTOS 的裁剪和配置。

1. FreeRTOSConfig.h 文件

FreeRTOS 的配置基本是通过在 FreeRTOSConfig.h 中使用“#define”这样的语句来定义宏定义实现的。在 FreeRTOS 的官方 demo 中,每个工程都有一个 FreeRTOSConfig.h 文件,我们在使用的时候可以参考这个文件,甚至直接复制粘贴使用。

2.  “INCLUDE_” 开始的宏

使用“INCLUDE_”开头的宏用来表示使能或除能 FreeRTOS 中相应的 API 函数,作用就是用来配置 FreeRTOS 中的可选 API 函数的。比如当宏 INCLUDE_vTaskPrioritySet 设置为 0 的时候表示不能使用函数 vTaskPrioritySet(),当设置为 1 的时候就表示可以使用函数vTaskPrioritySet()。这个功能其实就是条件编译,条件编译的好处就是节省空间,不需要的功能就不用编译,这样就可以根据实际需求来减少系统占用的 ROM 和 RAM 大小,根据自己所使用的 MCU 来调整系统消耗,降低成本。

3.“config”开始的宏

“config”开始的宏和“INCLUDE_”开始的宏一样,都是用来完成 FreeRTOS 的配置和裁剪的。

想要充分理解FreeRTOSConfig.h文件中的宏定义,必须要对FreeRTOS的代码有一定的了解,所以此处就不把宏定义一个一个列出来了,仅仅附上我自己用并注释好的FreeRTOSConfig.h文件

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H
//针对不同的编译器调用不同的stdint.h文件
//并确保stdint只被编译器使用,不被汇编器使用
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif
/***********************************************************************************************************************/
/*                                         FreeRTOS基础配置配置选项                                                   */
/**********************************************************************************************************************/
//#define configOVERRIDE_DEFAULT_TICK_CONFIGURATION 1 //使用非systick中断作为调度时钟
#define configUSE_PREEMPTION                    1   //置1:RTOS使用抢占式调度器;置0:RTOS使用协作式调度器(时间片)
/* 注:
* 在多任务管理机制上,操作系统可以分为抢占式和协作式两种。
* 抢占式:根据任务的优先级,优先级高的任务就绪后,获取CPU的使用权。
* 协作式:任务主动释放CPU后,切换到下一个任务。
*/
#define configUSE_TIME_SLICING					1	//1:使能时间片调度(默认是使能的)
/* 注:
* 为了实现时间片轮转调度,系统把所有就绪进程按先入先出的原则排成一个队列。新来的进程加到就绪队列末尾。
* 每当执行进程调度时,进程调度程序总是选出就绪队列的队首进程,让它在CPU上运行一个时间片的时间。
* 当进程用完分给它的时间片后,系统的计时器发出时钟中断,调度程序便停止该进程的运行,把它放入就绪队列的末尾;
* 然后,把CPU分给就绪队列的队首进程,同样也让它运行一个时间片,如此往复。
*/
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1   //1:使用特殊方法选择下一个要执行的任务(硬件支持)
/* 注:
* 某些运行FreeRTOS的硬件有两种方法选择下一个要执行的任务:通用方法和特定于硬件的方法(以下简称“特殊方法”)。
* 通用方法:
*      1.configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 为 0 或者硬件不支持这种特殊方法。
*      2.可以用于所有FreeRTOS支持的硬件
*      3.完全用C实现,效率略低于特殊方法。
*      4.不强制要求限制最大可用优先级数目
* 特殊方法:
*      1.必须将configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION设置为1。
*      2.依赖一个或多个特定架构的汇编指令(一般是类似计算前导零[CLZ]指令)。
*      3.比通用方法更高效
*      4.一般强制限定最大可用优先级数目为32
* 一般是硬件计算前导零指令,如果所使用的,MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0!
*/
#define configUSE_TICKLESS_IDLE                 0   //0:不启用低功耗tickless模式
/* 注:
* 置1:使能低功耗tickless模式;置0:保持系统节拍(tick)中断一直运行
*
* 假设开启低功耗的话可能会导致下载出现问题,因为程序在睡眠中,可用以下办法解决
* 下载方法:
*      1.将开发版正常连接好
*      2.按住复位按键,点击下载瞬间松开复位按键
*
*      1.通过跳线帽将 BOOT 0 接高电平(3.3V)
*      2.重新上电,下载
*
* 			1.使用FlyMcu擦除一下芯片,然后进行下载
*			STMISP -> 清除芯片(z)
*/
#define configUSE_QUEUE_SETS                     1  //1:启用队列集合
/* 注:
* 队列集合:用于对多个队列以及信号量进行“监听”,
* 只要其中不管哪一个有消息到来,都可以让任务退出阻塞状态。
*/
#define configCPU_CLOCK_HZ                      (SystemCoreClock) //CPU频率
/* 注:
* 写入实际的CPU内核时钟频率,也就是CPU指令执行频率,通常称为Fclk
* Fclk为供给CPU内核的时钟信号,我们所说的cpu主频为 XX MHz,
* 就是指的这个时钟信号,相应的,1/Fclk即为cpu时钟周期;
*/
#define configTICK_RATE_HZ                      (( TickType_t )1000) //时钟节拍频率1000HZ,周期就是1ms
/* 注:
* RTOS系统节拍中断的频率。
* 即一秒中断的次数,每次中断RTOS都会进行任务调度
*/
#define configMAX_PRIORITIES                    (32)  //可使用的最大优先级
/* 注:
* 设置任务优先级时,数字越小,优先级越高
*/
#define configMINIMAL_STACK_SIZE                ((unsigned short)128)   //空闲任务使用的堆栈大小
/* 注:
* 空闲任务就是CPU无事可做的时候,操作系统为了不让CPU闲着,强行让它做的一个任务
* 空闲任务是FreeRTOS不可缺少的任务,因为FreeRTOS设计要求必须至少有一个任务处于运行状态。
*/
#define configMAX_TASK_NAME_LEN					(16)    //任务名字字符串的长度
#define configUSE_16_BIT_TICKS					0       //系统节拍计数器变量的数据类型,
//1表示为16位无符号整形,0表示为32位无符号整形
#define configIDLE_SHOULD_YIELD					1       //1:空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS            1       //1:开启任务通知功能,默认开启
#define configUSE_MUTEXES                       1       //1:使用互斥信号量
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE				8       //设置可以注册的信号量和消息队列个数
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW			0       //不使用堆栈溢出检测功能
/* 注:
* 大于0时启用堆栈溢出检测功能,如果使用此功能
* 用户必须提供一个栈溢出钩子函数,如果使用的话
* 此值可以为1或者2,因为有两种栈溢出检测方法 */
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES			    1       //1:使用递归互斥信号量
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES		    1       //1:使用计数信号量
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG		    0       //不可为任务分配标签(默认不可)
/*****************************************************************
FreeRTOS与内存申请有关配置选项
*****************************************************************/
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION        1       //支持动态内存申请
#define configTOTAL_HEAP_SIZE					((size_t)(32*1024)) //系统所有总的堆大小
/***************************************************************
FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项
**************************************************************/
#define configUSE_IDLE_HOOK						0   //置1:使用空闲钩子;置0:忽略空闲钩子
/* 注:
* 空闲任务钩子是一个函数,这个函数由用户来实现,
* FreeRTOS规定了函数的名字和参数:void vApplicationIdleHook(void ),
* 这个函数在每个空闲任务周期都会被调用
* 对于已经删除的RTOS任务,空闲任务可以释放分配给它们的堆栈内存。
* 因此必须保证空闲任务可以被CPU执行
* 使用空闲钩子函数设置CPU进入省电模式是很常见的
* 不可以调用 会引起空闲任务阻塞 的API函数
*/
#define configUSE_TICK_HOOK			            0   //置1:使用时间片钩子;置0:忽略时间片钩子
/* 注:
* 时间片钩子是一个函数,这个函数由用户来实现,
* FreeRTOS规定了函数的名字和参数:void vApplicationTickHook(void )
* 时间片中断可以周期性的调用
* 函数必须非常短小,不能大量使用堆栈,
* 不能调用以”FromISR" 或 "FROM_ISR”结尾的API函数
*/
/*xTaskIncrementTick函数是在xPortSysTickHandler中断函数中被调用的。因此,vApplicationTickHook()函数执行的时间必须很短才行*/
//使用内存申请失败钩子函数
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK			0   //不使用内存申请失败钩子函数
/********************************************************************
FreeRTOS与运行时间和任务状态收集有关的配置选项
**********************************************************************/
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS	        0  //不启用运行时间统计功能(一般调试的使用用)
#define configUSE_TRACE_FACILITY		        1  //启用可视化跟踪调试
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS	1
/* 与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数
* prvWriteNameToBuffer()
* vTaskList(),
* vTaskGetRunTimeStats()
*/
/********************************************************************
FreeRTOS与协程有关的配置选项
*********************************************************************/
#define configUSE_CO_ROUTINES 	                0       //1:启用协程,启用协程以后必须添加文件croutine.c
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES         ( 2 )   //协程的有效优先级数目
/***********************************************************************
FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项
**********************************************************************/
#define configUSE_TIMERS	                    1   //1:启用软件定时器
#define configTIMER_TASK_PRIORITY		        ( 2 )       //设置软件定时器优先级
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH		        10          //软件定时器队列长度
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH	        (configMINIMAL_STACK_SIZE*2)    //软件定时器任务堆栈大小
/************************************************************
FreeRTOS可选函数配置选项
************************************************************/
#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState          1
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet		        1
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet		        1
#define INCLUDE_vTaskDelete				        1
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources	        1
#define INCLUDE_vTaskSuspend			        1
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil			        1
#define INCLUDE_vTaskDelay				        1
#define INCLUDE_eTaskGetState			        1
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall	        1
#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark     1
#define INCLUDE_xTaskGetHandle                  1
/******************************************************************
FreeRTOS与中断有关的配置选项
******************************************************************/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
#define configPRIO_BITS       		__NVIC_PRIO_BITS
#else
#define configPRIO_BITS       		4
#endif
//由于STM32是4位的中断优先级控制,所以此处为4(不同的MCU不同)
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY			15     //中断最低优先级
//4位优先级全部分组给主优先级,所以总共有16位优先级配置:0-15--优先级最低的为15
//不同的MCU不同
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 		( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )	/* 240 */
//设置内核中断优先级,这个宏是用来设置PendSV和滴答定时器的中断优先级的,port.c中使用到
//此处的左移四位的原因是:STM32采用的是从MSB开始的高四位作为优先级配置
//其实这个宏定义可以简化成:#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 0xF0
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY	5      //设置系统可管理的最大优先级
//这个就是 BASEPRI 寄存器说的那个阈值优先级,这里我设置为了 5。
//也就是高于 5 的优先级(优先级数小于 5)不归 FreeRTOS 管理!
//这个是给人看的,下面一个宏是给系统看的
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 	( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
//此处需要左移四位的原因:同上
//低于此优先级的中断可以安全的调用 FreeRTOS 的 API 函数,高于此优先级的中断 FreeRTOS 是不能禁止的,
//中断服务函数也不能调用 FreeRTOS 的 API 函数!
//也就是:#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY  0x50
/*
*	以上配置的结果就是:
*	优先级为0-4的中断  不会被FreeRTOS禁止,不会因为执行FreeRTOS内核而延时,中断不可调用FreeRTOS的API函数
*	优先级为5-15的中断 能够被FreeRTOS禁止,可以调用以 FromISR 结尾的FreeRTOS API函数,并且它们可以中断嵌套
* 	所以:不掉用任何FreeRTOS API的中断可以使用所有的中断优先级,并且它们可以中断嵌套
*	那些对实时性要求严格的任务就可以使用0-4的优先级,比如四轴飞行器中的壁障检测
*/
/****************************************************************
FreeRTOS与中断服务函数有关的配置选项
****************************************************************/
#define xPortPendSVHandler 	PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler 	SVC_Handler
//#define xPortSysTickHandler SysTickHandler 自行在delay.c函数中实现
#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

以上就是FreeRTOS操作系统的配置示例解析的详细内容,更多关于FreeRTOS操作系统配置的资料请关注我们其它相关文章!

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