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版本 3de9c2118e7cab3ab29bc90b7b7910f165788d4f

FreeRTOS

組員2

  • 梁穎睿 / TheKK
  • 李奇霖 / Shinshipower
  • 方威迪 / waynew30777
  • 陳盈伸 / shin21

共筆

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

FreeRTOS架構

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:

portmacro.h:

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

<> >>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

  • 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

參考資料

  • 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>_