StephenZhou

目录0. 配置1. 体系架构2. 内存管理3. 任务/调度器3. IPC3.1 信号量3.2 互斥锁3.3 消息队列4. 临界区保护4.1. 全局中断4.2. 挂起调度器4.3. 互斥锁5. 软件定时器6. 支持 Log 日志分级7. Trace8. Shell9. Demo都说，不会写 RTOS 的程序员不是好厨师，那么就写点东西吧；V1.0 版本大概的组织是这样的：这个 RTOS 命名为 MxOS；项目地址为：

之前聊到，FreeRTOS 可以通过信号量（二值信号量和计数信号量）、队列、事件组来同步任务与任务，任务与中断；在 FreeRTOS 中，还有一个东西也可以用作任务与任务，中断与任务的同步，它叫任务通知（Task Notifications）；如果我们通过信号量、队列、事件组的形式来同步，在 FreeRTOS 中，叫通过了一个Communication Object；也就是说通过了一个用于连续接收方和发送方的中间模块；FreeRTOS 的任务通知（Task Notifications），..

临界区的概念在任何的 SoC 都存在，比如，针对一个寄存器，基本操作为：读->改->写；在不带 OS 的系统下，普通代码希望对某个寄存器进行读->改->写，此刻，一个 IRQ 打断了这个操作，也同时对这个寄存器进行读->改->写，中断返回，后，普通代码又继续进行，这样就会导致逻辑错误；在带 OS 的情况下，不光是有 IRQ，而且存在任务切换，这样，同一个资源在 ISR 和不同任务之间修改，这造成了临界区；临界区的资源需要保护起来，临界区保护的不是代码，而是数据；.

FreeRTOS 中使用信号量来做同步，信号量可以在任务中使用作为任务与任务间的同步，也可以在中断中使用(带 FromISR 的版本)中断与任务间的同步；针对不同的应用场景，信号量分为两种：1、二值信号量；2、计数信号量；1、二值信号量1.1、Usage顾名思义，二值信号量只有两个值：0 和 1；它用于简单场景下的任务与任务、中断与任务之间的同步，比如：一个任务，在等待某个资源到位后，才能够继续执行，在得到这个资源之前，它处于阻塞状态，假如一个中断来了，给出了这个资源，那么.

在任何的 OS 中，都需要支持任务与任务，中断与任务之间的数据传输机制，在 FreeRTOS 中，这种数据传输的方式被称之为队列（Queue）；队列是一个 FIFO 模型，在创建一个队列用于数据传递的时候，需要指定队列的长度，创建完队列，便可以使用它进行数据传递；一个简单的例子：有两个任务 A 和 B，任务 A 将数据传递进队列，任务 B 作为接收端，从队列中获取数据：1、下面是创建了一个长度为 5 的队列：2、此刻任务 A 写一个数据 10 到 Queue：3、任务 A 在写一

创建完毕任务，启动调度器，任务控制，系统 SysTick 来临后判断是否需上下文切换；如果没有其他任务执行的情况下，FreeRTOS 的 Idle 任务将被调度投入运行；在启动调度器的时候，Idle 任务就被创建了，优先级为最低 0；void vTaskStartScheduler( void ){.....................xReturn = xTaskCreate( prvIdleTask, configIDLE_TAS

前面有了创建任务、启动调度器、任务控制，接下来便开始分析一个 Tick 到来之后，FreeRTOS 即将有什么行为；在启动调度器的时候，就已经配置好了 SysTick，它作为 OS 的心跳，每隔一个固定周期来一次 SysTick 中断，来驱动 OS 做事（任务调度）；以 STM32 为例，定义的configTICK_RATE_HZ 为 1000，由《FreeRTOS --（9）任务管理之启动调度器》得知，系统节拍时钟周期为1ms；不同的处理器结构可能有所区别，所以他是需要移植的部分，在 p.

在《FreeRTOS --（7）任务管理之入门篇》中讲过，如果有几个任务同时跑，但是又都不阻塞的话，那么最高优先级的任务将会占领整个 CPU，因为每次都会调度到它，一直处于 Ready 状态，所以呢，调度器每次都要选择优先级最高的任务来让它执行；所以，不管怎么样，任务做完自己该做的事情，就应该进入阻塞状态，等待下次该自己做任务的时候，在占领 CPU，这样既可以让 Idle 线程，在系统空闲的时候跑，也可以让让任务在合理的时间占领 CPU；之前也说过，让任务进入阻塞状态的方式有两种：1、让任务延时：

现在创建任务（xTaskCreate）、启动调度器（vTaskStartScheduler），都分析完成了，SysTick，PendSV 中断已经使能，接下来第一个任务便可以自由的奔跑；等待下一次 SysTick 来临（1ms 后），调度器工作；1、xPortSysTickHandlerSysTick 触发后，会调用到它的 ISR 函数xPortSysTickHandler，这个函数的实现和处理器体系架构相关，定义在 port.c：void xPortSysTickHandler( v..

目录1、vTaskStartScheduler2、xPortStartScheduler3、vPortSetupTimerInterrupt4、prvStartFirstTask5、vPortSVCHandler在使用 FreeRTOS 的时候，一般的，先创建若干任务，但此刻任务并没有被调度起来，仅仅是创建了，如果想要真正的跑起来，那么还需要调用让调度器跑起来的函数：vTaskStartScheduler典型的用法是：xTaskCreate(.."task_1.

在《FreeRTOS --（7）任务管理之入门篇》文章基本分析了任务相关的轮廓后，我们知道使用什么接口来创建一个任务、怎么去开启调度器、以及根据宏配置，选择调度器的行为；接下来我们深入到 FreeRTOS 任务创建的源码来看看一个任务是怎么被创建的（某大神说过，Read The F**king Source Code ，能用代码解决的，尽量不 BB）；1、描述任务的结构在 FreeRTOS 中，使用TCB_t 来描述一个任务：/* * Task control block. A t..

任务管理是操作系统中重中之重，不管什么 OS ，任务的调度管理都是核心，FreeRTOS 也是一样；在深入到 FreeRTOS 任务管理的源码之前，鄙人觉得有必要先去从全局的角度进行把握，从全局到局部，从粗线条，到细节，鄙人觉得这样方可更快的熟悉相关的内部原理；从全局来看的话，可以先梳理 FreeRTOS 关于任务相关的 APIs，支持的 Feature，以及相关的特性，这样一来，在深入到源码级分析的话，知道使用场景，便知道为何这样设计；分析基于 FreeRTOS V 10.3.1首先，Fr

FreeRTOS 中的 heap 5 内存管理，相对于 heap 4《FreeRTOS --（5）内存管理 heap4》 只增加了对非连续内存区域的管理，什么叫非连续区域内存呢？比如一款芯片，它即支持了内部的 RAM，也支持了外挂 RAM，那么这两个内存就可能在地址上不是连续的，比如 RAM1、RAM2、RAM3，如下所示：针对这种情况，就可以使用 heap 5 来管理；不同于之前的 heap 管理，heap 5 引入了一个结构体来管理这些非连续的区域：typedef struct Hea

FreeRTOS 中的 heap 4 内存管理，可以算是 heap 2 的增强版本，在 《FreeRTOS --（3）内存管理 heap2》中，我们可以看到，每次内存分配后都会产生一个内存块，多次分配后，会产生很多内存碎片，在较为复杂的场景（需要经常动态分配和释放场景）下，几乎是无法胜任；所以就有了 heap 4，它相比 heap 2 来说，提供了相邻空闲的内存块合并的功能，一定程度上减少了内存碎片，使得释放了的内存能够再度合并称为较为大的内存块，以供有大内存块的分配场景使用；1、内存大小.

heap3 来说，是直接使用了 malloc 和 free 来直接替代自己的策略：

在《FreeRTOS --（2）内存管理 heap1》知道 heap 1 的内存管理其实只是简单的实现了内存对齐的分配策略，heap 2 的实现策略相比 heap 1 稍微复杂一点，不仅仅是提供了分配内存的接口，同时也提供了释放内存的接口；但是 heap 2 的内存分配策略中，并没有提供空闲内存的合并策略，对内存碎片没有处理；换句话来说，如果有多次的，大小各异的内存申请和释放的场景下，很可能导致很多内存碎片；1、内存大小和 heap 1 一样，用于内存管理的内存大小来自于一个大数组，数组的下标就

FreeRTOS 提供了5种内存堆管理方案，分别对应heap1/heap2/heap3/heap4/heap5，提供内存管理是作为 OS 的一项基本功能，FreeRTOS 根据具体的使用场景，将内存管理按需切分成为了 5 部分，以供不同的场景来针对性使用；其实库函数的 malloc 和 free 已经是提供了内存的动态管理功能，但是呢介于一下几个原因：在嵌入式系统中，它们并不总是可以使用的； 它们会占用更多宝贵的代码空间； 它们没有线程保护； 它们不具有确定性（每次调用执行的时间可...

Based On FreeRTOS KernelV10.3.11、相关文件链表结构是 OS 内部经常使用到的，FreeRTOS 自然也不例外，在深入分析各个模块的工作原理之前，首先来分析 FreeRTOS 的链表结构，和链表相关的代码被定义在：list.hlist.c2、数据结构...

FreeRTOS 是一个嵌入式实时操作系统，具有相对（相对 Linux、Windows等）较小的体积，使用精简的代码实现了简单的进程调度，内存管理，消息发送，等，常常用在一些需要支持多任务的 MCU 上；在没有 RTOS 的嵌入式小系统中，代码都跑在 while 1 中，我们称之为 “裸机”，也没有任务的概念；而 RTOS 的出现，使得可以支持多任务执行（宏观并行，微观串行），任务与任务，中断与任务，之间可以通过消息传递数据；RTOS（Real Time Operation System）实时操作系