FreeRTOS

組員

• 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:

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。

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。

.. 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

• 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

• 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

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>_