深入理解FreeRTOS的任务机制和消息队列+附完整项目代码

╰半橙微兮° 2022-08-02 15:38 178阅读 0赞

FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。FreeRTOS系统相当的小巧，最小化的FreeRTOS内核仅包括3个.c文件和少数头文件，总共不到9000行代码，编译后的映像小于10KB。

FreeRTOS的代码可以分解为三个主要区块:任务，通讯和硬件接口，可实现任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能等功能。

**主要讲讲任务和消息队列**

**1．任务控制模块(TCB)**

当xTaskCreate()函数被调用时，一个任务被创建，并放入就绪列表。就绪列表是一个双向链表，在链表中每个任务按优先级排列，并且设置有记录相关信息的变量和进行各种操作的指针。

![Center][]

**2.任务优先级**

RTOS的基本工作单元是任务，所有任务都有一个用户优先级，如:从0到最高，如:0（最低），1，2，3 (最高) 在FreeRTOSConfig.h中设置优先级个数。

每一个优先级都是一个列表，其中可以包含多个任务。

![Center 1][]

**3.任务调度**

系统节拍:FreeRTOS有一个定期的时钟节拍(通常是MS级) （在FreeRTOSConfig.h中设置），每个节拍中断释放时vTaskSwitchContext()函数就会被调用。它就会选择优先级最高的就绪任务并抢占优先级低的任务的CPU让它执行。这就是可剥夺式多任务内核。

保证高优先级任务顺畅执行是FreeRTOS最核心的部分

//找出就绪列表中优先级最高的任务
    		while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) ) )
    		{
    			configASSERT( uxTopReadyPriority );// uxTopReadyPriority设定好的高于或等于用户设置的最高优先级
    			--uxTopReadyPriority;  //得到最高优先级数
    		}
    		listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY(pxCurrentTCB,&( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) );                    // pxCurrentTCB指向最高优先级任务
                                  //抢占同一优先级的下一个任务。

**4.消息队列:**

FreeRTOS中消息队列是任务间数据交换的常用手段(中断服务程序同样使用队列来通信与同步)，消息队列是生产者消费者模型的重要组成部分

消息队列的数据结构如下:

typedef struct QueueDefinition
    {
    	signed char *pcHead;			//队头
    	signed char *pcTail;			//队尾
    
    	signed char *pcWriteTo;				
    	signed char *pcReadFrom;			
    
    	xList xTasksWaitingToSend;		//等待发送的任务列表	
    	xList xTasksWaitingToReceive;		//等待接收的任务列表		
    } xQUEUE;

**如何使用消息队列:**

xQueueHandle MsgQueue; 声明一个队列句柄，队列句柄可以理解成一个队列的标记，不同的队列具有不同的标记。

MsgQueue = xQueueCreate( 5 , sizeof( int16\_t) );创建队列，即在内容中开辟固定大小的区域。

xQueueSend( MsgQueue, ( void\* )&SendNum,0 );向队列中填充内容，第二参数需要取出地址并进行类型转换，第三个参数设置等待时间，在队列满的情况下再往队列中填充内容的话便会阻塞任务，直到等待时间溢出；若此处填充的内容为0的话，则立即返回插入队列结果（成功或失败）。

xQueueReceive( MsgQueue, &ReceiveNum,100/portTICK\_RATE\_MS )从队列中取出内容，第二个参数需要取出地址，第三个参数为等待最大时间，若在等待的时间内队列中没有数据则返回阻塞任务。

附一个学习用的完整项目代码

本项目在cortex-m3 STM32奋斗开发板V5上成功运行。KEIL4

任务一向消息队列填充数字，任务二从消息队列提取数据并发送到串口1，同时有LED灯跟随数据传送亮灭。

[下载地址][Link 1]:

### [STM32搭载RTOS实现任务+消息队列+串口通信完整项目代码][Link 1] ###

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[Center 1]: /images/20220731/da26caaf608f4f6597e47a93eac34fe4.png
[Link 1]: http://download.csdn.net/detail/sac761/8932119