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版本 a68b770077542c2681a8be5d3d666bf2a947d9ad

embedded/freertos

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title: FreeRTOS
toc: no
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組員
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* 梁穎睿 / TheKK 
* 李奇霖 / Shinshipower
* 方威迪 / waynew30777 
* 陳盈伸 / shin21 

共筆
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* `Link<https://hackpad.com/FreeRTOSV8.0.0-PU3awKuzHz6#:h=%3Chardware-interfacing%3E>`_

FreeRTOS架構
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FreeRTOS是一個相對較小的應用程序。最小化的FreeRTOS內核僅包括3個(.c)文件和少數頭文件,總共不到9000行代碼,還包括了註釋和空行。一個典型的編譯後(二進制)代碼映像小於10KB。

FreeRTOS的代碼可以分解為三個主要區塊:任務,通訊,和硬件接口。

●任務:大約有一半的FreeRTOS的核心代碼用來處理多數操作系統首要關注的問題:任務。任務是給定優先級的用戶定義的C函數。 task.c和task.h完成了所有有關創建,調度,和維護任務的繁重工作。

●通訊:任務很重要,不過任務間可以互相通訊則更為重要!它給我們帶來FreeRTOS的第二項任務:通訊。大約40%的FreeRTOS核心代碼是用來處理通訊的。 queue.c和queue.h是負責處理FreeRTOS的通訊的。任務和中斷使用隊列互相發送數據,並且使用信號燈和互斥來發送臨界資源的使用情況。

●硬件接口:接近9000行的代碼拼湊起基本的FreeRTOS,是硬件無關的;相同的代碼都能夠運行,不論FreeRTOS是運行在不起眼的8051,還是最新、最炫的ARM內核上。大約有6%的FreeRTOS的核心代碼,在硬件無關的FreeRTOS內核與硬件相關的代碼間扮演著墊片的角色。我們將在下個部分討論硬件相關的代碼。

硬體方面:

配置選項可以通過設置不同的#defines,在FreeRTOSConfig.h文件裡選擇。時鐘速度,堆大小,互斥,和API子集,連同其他許多選項,都可以在這個文件中配置。
portmacro.h:

在FreeRTOS/Source/portable/IAR/ARM_CM3/目錄下。 portmacro.h文件聲明了所有硬件特定功能,port.c和portasm.s 包含了所有實際硬件相關的代碼。硬件無關的頭文件portable.h在編譯的時候用#include's引入正確的portmacro.h文件。 FreeRTOS使用#define'd調用在portmacro.h中聲明的硬件特定功能。
    定義了硬體相關變數,如資料形態定義,以及硬體相關的函式呼叫的名稱定義(以portXXXXX爲名)等,統一各平臺呼叫函式的

port.c:

    定義了包含和硬體相關的程式碼

FreeRTOSConfig.h:

    包含Clock speed, heap size, mutexes等等都在此定義



.. image:: /Task狀態.png

* Ready : FreeRTOS將各種優先權的Task放在Readylist
* Running : 透過FreeRTOS的排程,依照優先權的高低依序給CPU執行
* Block : 
* Suspended :



* Ready list的資料形態

<<命名規則>>
>>變數
    char類型:以 c 為字首
    short類型:以 s 為字首
    long類型:以 l 為字首
    float類型:以 f 為字首
    double類型:以 d 為字首
    Enum變數:以 e 為字首
    其他(如struct):以 x 為字首
    pointer有一个額外的字首 p , 例如short類型的pointer字首為 ps
    unsigned類型的變數有一個額外的字首 u , 例如unsigned short類型的變數字首為 us 
    
>>Functions
    文件内:以 prv 為字首
    API:以其return類型為字首,按照對變數的定義
    名字:以其所在的文件名開頭。如vTaskDelete即在Task.c文件中名稱


 - FreeRTOS使用ready list去管理待準備好要執行的tasks而ready list的資料儲存方式如下圖

.. image:: /freertos-figures-full-ready-list-2.png

* Context Switch 時選出下一個欲執行的task

 下面是在ready list中依照優先度選取執行目標的程式其中,FreeRTOS的優先度排序最小優先權爲0,數字越大則優先權越高

 - /* In file: Source/tasks.c */
 - while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) ) )
 - {
 -     configASSERT( uxTopReadyPriority );
 -     --uxTopReadyPriority;
 - }
 - listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) );
 - 
 - /*In file: Source/include.h */
 - #define listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxTCB, pxList )
 - {
 - List_t * const pxConstList = ( pxList );
 -     /* Increment the index to the next item and return the item, ensuring */
 -     /* we don't return the marker used at the end of the list.  */
 -     ( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext; 
 -     if( ( void * ) ( pxConstList )->pxIndex == ( void * ) &( ( pxConstList )->xListEnd ) )  \
 -     {
 -         ( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext;
 -      }
 -      ( pxTCB ) = ( pxConstList )->pxIndex->pvOwner;
 - } 

* 硬體驅動原理
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* 以 `GPIO</embedded/GPIO>`_ 為例
  - 參考 STM32Cube_FW_F4_V1.1.0/Projects/STM32F429I-Discovery/Examples/GPIO/GPIO_EXTI/readme.txt


效能表現
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參考資料
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* `The Architecture of Open Source Applications: FreeRTOS<http://www.aosabook.org/en/freertos.html>`_
  - `簡體中文翻譯<http://www.ituring.com.cn/article/4063>`_

* `Study of an operating system: FreeRTOS</embedded/FreeRTOS_Melot.pdf>`_
* `FreeRTOS 即時核心實用指南</embedded/FreeRTOS-manual-zh.pdf>`_