FreeRTOS从入门到精通第二章（FreeRTOS移植）

最新推荐文章于 2025-05-08 14:51:57 发布

Zevalin爱灰灰

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分类专栏： FreeRTOS从入门到精通文章标签： stm32 FreeRTOS 操作系统单片机

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一、FreeRTOS文件介绍

1、v202411.00版本压缩包目录略解

将FreeRTOS v202411.00版本的压缩包解压，包中的文件结构如下图所示，其中FreeRTOS中存放FreeRTOS内核，FreeRTOS-Plus中存放FreeRTOS组件（一般不使用）。

FreeRTOS文件夹中又有几个文件夹，其中Source中装有FreeRTOS内核的源码，Demo中装有对各种单片机（及编译器）移植好的工程代码（或者说演示工程），License中的内容是一些许可信息，Test中存放公用以及移植层测试代码。

2、Source文件夹

（1）FreeRTOS→Source文件夹的当前目录中有若干源文件，当前目录中的include文件夹中又有若干头文件，这两部分的文件适用于各种编译器/处理器，在任何环境下都是通用的。

名称	描述
croutine.c	协程相关文件
event_groups.c	事件相关文件
list.c	列表相关文件
queue.c	队列相关文件
stream_buffer.c	流式缓冲区相关文件
tasks.c	任务相关文件
timers.c	软件定时器相关文件

（2）FreeRTOS→Source→portable文件夹中则装有针对不同芯片及编译器的接口文件（软件与硬件的沟通桥梁），根据实际情况进行移植即可；除此之外，FreeRTOS→Source→portable→MemMang文件夹中还存放着内存管理相关的文件，如果要将FreeRTOS移植到stm32上，使用heap_4.c文件即可。

名称	描述
Keil	指向RVDS文件夹
RVDS	不同内核芯片的移植文件
MemMang	内存管理文件

二、FreeRTOS移植具体步骤

1、移植步骤概览

（1）将FreeRTOS源码添加至基础工程，并添加头文件路径。

（2）添加FreeRTOSConfig.h配置文件，用于对FreeRTOS的功能进行配置和裁剪，以及API函数的使能等。

（3）修改stm32f10x.h文件。

（4）添加应用程序，验证移植是否成功。

2、示例

（1）拷贝一份STM32教程中使用OLED屏进行显示的工程文件夹，并更名为“FreeRTOS移植工程”。

（2）在工程文件夹中新建文件夹，命名为“FreeRTOS”，并将Source文件夹中的源文件以及Source→include文件夹中的头文件添加进来，Source→portable文件夹中的Keil、RVDS、MemMang文件夹中的内容根据需要添加进来（STM32F103C8T6的内核是ARM Cortex-M3，需添加ARM_CM3文件夹下的port.c文件和portmacro.h文件）。

（3）打开工程，新建两个文件分组，分别命名为“FreeRTOS_CORE”和“FreeRTOS_PORT”，用来存放FreeRTOS的内核C源码文件和移植文件（STM32F103C8T6的内核是ARM Cortex-M3，需添加ARM_CM3文件夹下的port.c文件和portmacro.h文件）。

（4）添加三个头文件路径。

（5）添加FreeRTOSConfig.h文件，用户可通过该文件对FreeRTOS进行裁剪，去掉不需要用到的FreeRTOS功能，以此节约MCU的空间资源；这个文件可以由用户自行编写，也可在Demo文件夹中拷贝演示工程的FreeRTOSConfig.h文件，这里直接拷贝CORTEX_STM32F103_Keil文件夹中的FreeRTOSConfig.h文件即可（该文件将任务调度器配置为抢占式，可通过宏定义进行修改）。

（6）在FreeRTOSConfig.h文件中添加三个中断函数的宏定义（注意添加的位置）。

#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler SVC_Handler
#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler

（7）注释stm32f10x_it.c文件中的三个空函数。

//void SVC_Handler(void) {}
//void PendSV_Handler(void) {}
//void SysTick_Handler(void) {}

（8）在main.c文件中添加头文件FreeRTOS.h和task.h。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

（9）点击编译，如无报错说明移植成功，后续例程基于此工程展开。

3、系统配置文件详解

（1）FreeRTOSConfig.h配置文件通过宏定义对FreeRTOS的功能进行配置和裁剪，以及API函数的使能等，相关宏可大致分为以下三类：

①“INCLUDE”参数：配置FreeRTOS中可选的API函数。

②“config”参数：完成FreeRTOS的功能配置和裁剪。

③其它配置项：PendSV宏定义、SVC宏定义。

（2）各个宏详解：

①基础配置项：

宏定义	解释
configUSE_PREEMPTION	1：配置为抢占式调度器
	0：配置为协程式调度器
	无默认选项，必须定义
configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION	1：使用硬件计算下一个要运行的任务（不一定支持所有硬件，任务优先级有限制，但效率高）
	0：使用软件计算下一个要运行的任务（不限任务优先级，支持所有硬件）
	默认选项为0
configUSE_TICKLESS_IDLE	1：使能tickless低功耗模式
	0：失能tickless低功耗模式
	默认选项为0
configCPU_CLOCK_HZ	CPU主频率
configSYSTICK_CLOCK_HZ	SysTick时钟频率（与内核时钟频率不同时才可定义）
configTICK_RATE_HZ	系统时钟节拍频率（滴答定时器的计数频率），单位为Hz，必须定义
configMAX_PRIORITIES	最大优先级 =（configMAX_PRIORITIES －1），必须定义
configMINIMAL_STACK_SIZE	空闲任务的栈空间大小，单位为字，必须定义
configMAX_TASK_NAME_LEN	任务名最大字符数，默认为16
configUSE_16_BIT_TICKS	1：定义系统时钟节拍计数器的数据类型为16位无符号整型
	0：定义系统时钟节拍计数器的数据类型为32位无符号整型
	无默认选项，必须定义
configIDLE_SHOULD_YIELD	1：在抢占式调度下，同优先级的任务能抢占空闲任务
	0：在抢占式调度下，同优先级的任务不能抢占空闲任务
	默认选项为1
configUSE_TASK_NOTIFICATIONS	1：使能任务间直接的消息传递，包括信号量、事件标志和消息邮箱
	0：失能任务间直接的消息传递，包括信号量、事件标志和消息邮箱
	默认选项为1
configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES	任务通知数组的大小，默认为1
configUSE_MUTEXES	1：使能互斥信号量
	0：失能互斥信号量
	默认选项为0
configUSE_RECURSIVE_MUTEXES	1：使能递归互斥信号量
	0：失能递归互斥信号量
	默认选项为0
configUSE_COUNTING_SEMAPHORES	1：使能计数信号量
	0：失能计数信号量
	默认选项为0
configUSE_ALTERNATIVE_API	已废弃，可忽视（置0即可）
configQUEUE_REGISTRY_SIZE	可以注册的信号量和消息队列的个数，默认为0
configUSE_QUEUE_SETS	1：使能队列集
	0：失能队列集
	默认选项为0
configUSE_TIME_SLICING	1：使能时间片调度
	0：失能时间片调度
	默认选项为1
configUSE_NEWLIB_REENTRANT	1：任务创建时分配Newlib的重入结构体
	0：任务创建时不分配Newlib的重入结构体
	默认选项为0
configENABLE_BACKWARD_COMPATIBILITY	1：使能兼容老版本
	0：失能兼容老版本
	默认选项为1
configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS	线程本地存储指针的个数，默认为0
configSTACK_DEPTH_TYPE	任务堆栈深度的数据类型，默认为uint_16
configMESSAGE_BUFFER_LENGTH_TYPE	消息缓冲区中消息长度的数据类型，默认为size_t

②内存分配相关定义：

宏定义	解释
configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION	1：支持静态申请内存
	0：不支持静态申请内存
	默认选项为0
configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION	1：支持动态申请内存
	0：不支持动态申请内存
	默认选项为1
configTOTAL_HEAP_SIZE	FreeRTOS堆中可用的RAM总量，单位为字节
configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP	1：用户手动分配FreeRTOS内存堆(ucHeap)
	0：自动分配FreeRTOS内存堆(ucHeap)
	默认选项为0
configSTACK_ALLOCATION_FROM_SEPARATE_HEAP	1：用户自行实现任务创建时使用的内存申请与释放函数
	0：自动实现任务创建时使用的内存申请与释放函数
	默认选项为0

③钩子函数相关定义：

宏定义	解释
configUSE_IDLE_HOOK	1：使能空闲任务钩子函数
	0：失能空闲任务钩子函数
	无默认选项，必须定义
configUSE_TICK_HOOK	1：使能系统时钟节拍中断钩子函数
	0：失能系统时钟节拍中断钩子函数
	无默认选项，必须定义
configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW	1：使能栈溢出检测方法1
	2：使能栈溢出检测方法2
	0：不使能栈溢出检测方法
	默认选项为0
configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK	1：使能动态内存申请失败钩子函数
	0：失能动态内存申请失败钩子函数
	默认选项为0
configUSE_DAEMON_TASK_STARTUP_HOOK	1：使能定时器服务任务首次执行前的钩子函数
	0：失能定时器服务任务首次执行前的钩子函数
	默认选项为0

④运行时间和任务状态统计相关定义：

宏定义	解释
configGENERATE_RUN_TIME_STATS	1：使能任务运行时间统计功能
	0：失能任务运行时间统计功能
	默认选项为0
configUSE_TRACE_FACILITY	1：使能可视化跟踪调试
	0：失能可视化跟踪调试
	默认选项为0
configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS	1：编译vTaskList()和vTaskGetRunTimeStats()函数
	0：不编译vTaskList()和vTaskGetRunTimeStats()函数
	默认选项为0

⑤协程相关定义：

宏定义	解释
configUSE_CO_ROUTINES	1：启用协程
	0：不启用协程
	默认选项为0
configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES	协程的最大优先级, 最大优先级 =（configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES －1），启用协程时必须定义

⑥软件定时器相关定义：

宏定义	解释
configUSE_TIMERS	1：使能软件定时器
	0：失能软件定时器
	默认选项为0
configTIMER_TASK_PRIORITY	软件定时器任务的优先级，使能软件定时器时必须定义
configTIMER_QUEUE_LENGTH	软件定时器命令队列的长度，使能软件定时器时必须定义
configTIMER_TASK_STACK_DEPTH	软件定时器任务的栈空间大小，使能软件定时器时必须定义

⑦可选函数（1为使能，0为失能）：

宏定义	对应的函数功能
INCLUDE_vTaskPrioritySet	设置任务优先级
INCLUDE_uxTaskPriorityGet	获取任务优先级
INCLUDE_vTaskDelete	删除任务
INCLUDE_vTaskSuspend	挂起任务
INCLUDE_xResumeFromISR	恢复在中断中挂起的任务
INCLUDE_vTaskDelayUntil	任务绝对延时
INCLUDE_vTaskDelay	任务延时
INCLUDE_xTaskGetSchedulerState	获取任务调度器状态
INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle	获取当前任务的任务句柄
INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark	获取任务堆栈历史剩余最小值
INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle	获取空闲任务的任务句柄
INCLUDE_eTaskGetState	获取任务状态
INCLUDE_xEventGroupSetBitFromISR	在中断中设置事件标志位
INCLUDE_xTimerPendFunctionCall	将函数的执行挂到定时器服务任务
INCLUDE_xTaskAbortDelay	中断任务延时
INCLUDE_xTaskGetHandle	通过任务名获取任务句柄
INCLUDE_xTaskResumeFromISR	恢复在中断中挂起的任务