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news 2025/11/7 15:45:34

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当代嵌入式系统的开发越来越复杂，实时性要求也越来越高。为了满足这些需求，开发者需要使用实时操作系统（RTOS），其中一个流行的选择是FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）。本篇博客将详细介绍FreeRTOS的特性、任务调度、内存管理、通信机制以及一些示例代码。

文章目录

- 1. FreeRTOS简介
- 2. 任务调度
- 3. 内存管理
- 4. 通信机制
- 5. IO操作
- 总结

1. FreeRTOS简介

FreeRTOS是一个开源的实时操作系统，专门设计用于嵌入式系统。它提供了一套任务调度、内存管理、中断处理和通信机制，使开发者能够更方便地开发实时应用程序。FreeRTOS具有以下特点：

开源免费：FreeRTOS遵循GNU通用公共许可证（GPL）的开源协议，可以免费使用和修改。
简单轻量：FreeRTOS的内核非常小巧，适用于资源有限的嵌入式系统。
可移植性：FreeRTOS提供了可移植的API接口，可以在不同的处理器和开发环境中使用。
可裁剪性：FreeRTOS的内核和组件可以根据需求进行裁剪，以减少内存占用和代码大小。

2. 任务调度

FreeRTOS的核心是任务调度器（Task Scheduler），它负责按照一定的调度策略将任务分配给处理器执行。每个任务都是一个独立的函数，可以有不同的优先级和堆栈大小。任务调度器根据任务的优先级和调度策略决定哪个任务被执行。

下面是一个简单的示例代码，展示了如何在FreeRTOS中创建和调度任务：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"// 任务1的函数
void vTask1(void *pvParameters)
{while (1){// 任务1的代码}
}// 任务2的函数
void vTask2(void *pvParameters)
{while (1){// 任务2的代码}
}int main()
{// 创建任务1xTaskCreate(vTask1, "Task 1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);// 创建任务2xTaskCreate(vTask2, "Task 2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);// 启动任务调度器vTaskStartScheduler();return 0;
}

以上代码中，通过调用xTaskCreate函数创建了两个任务vTask1和vTask2。任务函数中的代码会被不断执行，不需要显式地进行任务调度。在main函数中，通过调用vTaskStartScheduler函数启动了任务调度器，使得任务可以被调度执行。

3. 内存管理

FreeRTOS提供了一套内存管理机制，用于动态分配和释放任务堆栈和其他资源。开发者可以使用FreeRTOS提供的内存分配函数，如pvPortMalloc和vPortFree，来管理内存。

下面是一个示例代码，展示了如何使用FreeRTOS的内存管理函数：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"// 任务的堆栈大小
#define TASK_STACK_SIZE 128// 任务的优先级
#define TASK_PRIORITY 1int main()
{// 创建任务的堆栈StackType_t *taskStack = (StackType_t *)pvPortMalloc(TASK_STACK_SIZE * sizeof(StackType_t));// 创建任务xTaskCreate(vTask, "Task", TASK_STACK_SIZE, NULL, TASK_PRIORITY, NULL);// 启动任务调度器vTaskStartScheduler();// 释放任务的堆栈vPortFree(taskStack);return 0;
}

以上代码中，通过调用pvPortMalloc函数动态分配了任务的堆栈空间，然后通过调用vTaskCreate函数创建了任务。在任务执行完毕后，通过调用vPortFree函数释放任务的堆栈空间。

4. 通信机制

FreeRTOS提供了多种通信机制，如信号量、消息队列和事件组，用于实现任务间的通信和同步。

下面是一个示例代码，展示了如何使用FreeRTOS的信号量来实现任务间的同步：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "semphr.h"// 信号量
SemaphoreHandle_t xSemaphore;// 任务1的函数
void vTask1(void *pvParameters)
{while (1){// 等待信号量xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY);// 任务1的代码// 发送信号量xSemaphoreGive(xSemaphore);}
}// 任务2的函数
void vTask2(void *pvParameters)
{while (1){// 等待信号量xSemaphoreTake(xSemaphore, portMAX_DELAY);// 任务2的代码// 发送信号量xSemaphoreGive(xSemaphore);}
}int main()
{// 创建信号量xSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();// 创建任务1xTaskCreate(vTask1, "Task 1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);// 创建任务2xTaskCreate(vTask2, "Task 2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL);// 启动任务调度器vTaskStartScheduler();// 删除信号量vSemaphoreDelete(xSemaphore);return 0;
}

以上代码中，通过调用xSemaphoreCreateBinary函数创建了一个二值信号量。任务1和任务2在执行前都会等待信号量，当某个任务执行完毕后，通过调用xSemaphoreGive函数发送信号量，使得另一个任务可以执行。

5. IO操作

任务：使用freertos进行基于stm32的两个任务控制，一个任务是pa0口控制一个led灯每500ms闪烁一次，另一个任务是pa1口控制一个led灯每1s闪烁一次

#include "stm32f4xx.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"// 定义任务句柄
TaskHandle_t task1Handle, task2Handle;// 定义任务1的函数
void Task1(void *pvParameters)
{while(1){// 控制PA0口的LED灯每500ms闪烁一次GPIO_ToggleBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));}
}// 定义任务2的函数
void Task2(void *pvParameters)
{while(1){// 控制PA1口的LED灯每1s闪烁一次GPIO_ToggleBits(GPIOA, GPIO_Pin_1);vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));}
}int main()
{// 初始化GPIOA的时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; // 输出模式GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; // 推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; // 无上下拉GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // 速度50MHz// 初始化GPIOA的PA0和PA1口GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 创建任务1xTaskCreate(Task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, &task1Handle);// 创建任务2xTaskCreate(Task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, &task2Handle);// 启动任务调度器vTaskStartScheduler();while(1){// 如果任务调度器启动失败，可以在此处处理异常情况}return 0;
}