嵌入式操作系统FreeRTOS的原理与实现
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2014-11-19
15:32:06
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在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统
(RTOS)可以更合理、更有效地利用 CPU 的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时
间，更好地保证系统的实时性和可靠性。由于 RTOS 需占用一定的系统资源(尤其是 RAM
资源)，只有 μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS 等少数实时操作系统能在小 RAM
单片机上运行。相对于 C／OS-II、embOS 等商业操作系统，FreeRTOS 操作系统是完全
免费的操作系统，具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植
到各种单片机上运行，其最新版本为 2.6 版。
1、FreeRTOS 操作系统功能
作为一个轻量级的操作系统，FreeRTOS 提供的功能包括：任务管理、时间管理、信号
量、消息队列、内存管理、记录功能等，可基本满足较小系统的需要。FreeRTOS 内核支
持优先级调度算法，每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级，CPU 总是让处
于就绪态的、优先级最高的任务先运行。FreeRT0S 内核同时支持轮换调度算法，系统允
许不同的任务使用相同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务
共享 CPU 的使用时间。
FreeRTOS 的内核可根据用户需要设置为可剥夺型内核或不可剥夺型内核。当
FreeRTOS 被设置为可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务能剥夺低优先级任务的
CPU 使用权，这样可保证系统满足实时性的要求；当 FreeRTOS 被设置为不可剥夺型内核
时，处于就绪态的高优先级任务只有等当前运行任务主动释放 CPU 的使用权后才能获得运
行，这样可提高 CPU 的运行效率。
2、FreeRTOS 操作系统的原理与实现
2.1 任务调度机制的实现
任务调度机制是嵌入式实时操作系统的一个重要概念，也是其核心技术。对于可剥夺型
内核，优先级高的任务一旦就绪就能剥夺优先级较低任务的 CPU 使用权，提高了系统的实
时响应能力。不同于 μC／OS-II，FreeRTOS 对系统任务的数量没有限制，既支持优先级
调度算法也支持轮换调度算法，因此 FreeRTOS 采用双向链表而不是采用查任务就绪表的
方法来进行任务调度。系统定义的链表和链表节点数据结构如下所示：
FreeRTOS 定义就绪任务链表数组为 xList
pxReady—TasksLists[portMAX_PRIORITIES]。其中 portMAX_PRIORITIES 为系统
定义的最大优先级。若想使优先级为 n 的任务进入就绪态，需要把此任务对应的 TCB 中的
结点 xGenericListltem 插入到链表 pxReadyTasksLiStS[n]中，还要把
xGenericListItem 中的 pvContainer 指向 pxReadyTasksLists[n]方可实现。
当进行任务调度时，调度算法首先实现优先级调度。系统按照优先级从高到低的顺序从
就绪任务链表数组中寻找 usNumberOfItems 第一个不为 0 的优先级，此优先级即为当前
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单枪舞九州2018-01-26积分太高了
