本文基础内容参考的是正点原子的FREERTOS课程。
这是基于HAL库的
正点原子手把手教你学FreeRTOS实时系统
这是基于标准库的
正点原子FreeRTOS手把手教学-基于STM32
基础知识，直接参考正点原子《FreeRTOS开发指南V1.1》基于标准库的，此处不再赘述。
本文主要对不理解的地方进行查缺补漏，并且先用起来，涉及到原理的部分，可以观看上述教学视频或者开发指南。
裸机和RTOS对比
我们知道，裸机系统的实时性比较差，各任务是顺序执行的，如果有紧急任务，就需要放在中断里，可是中断里又不能进行耗时较长的操作，通常是在中断里面置标志位，然后由主循环判断标志位来执行相关动作，可是这样一来，任务的执行又变成了顺序执行，实时性还是比较差。比如：
上面示例中，肚子疼这一任务属于紧急任务，中断里置标志位，然后主循环里判断标志位从而去医院，但是如果此时打游戏时间很长，就一直无法判断标志位，从而没法及时去医院。
因此，裸机的缺陷是很明显的。
如果是RTOS呢，是怎么处理的呢？
RTOS会创建三个任务，其中可以设置去医院的优先级更高，当肚子疼时，就可以立马执行去医院的操作，实时性就比较好了。
有个有意思的地方，就是延时函数，在裸机中，如果有延时函数，那就是CPU死等，但是在RTOS中，如果一个任务中有延时，那么CPU会看有没有其他任务，从而转去执行其他任务，而不会阻塞在延时这里。比如上面的去医院的例子，去医院的路上就类似于一个延时，这期间，我们照样可以玩游戏和发信息，但是裸机没法做到，去医院路上就只能等着去医院，其他什么事情也干不了。
裸机的特点
RTOS的特点
注意：
✔
这里的高中低优先级，都属于软件层面的优先级设定，中断是硬件层面的优先级，永远都是优先于软件优先级来执行的；
✔
每个任务都有自己的栈空间，这就可以用来保存调度之前的数据信息，是实现返回原来任务时继续执行的关键所在；
✔
如果高优先级任务一直运行，低优先级任务就得不到运行，除非高优先级任务进入阻塞态，这是合理的，因为优先级高，所以肯定很紧急，所以必定占用所有的时间片，比如去医院做手术，肯定是全心全意做手术，不可能做手术时还玩游戏回信息，这里的关键是，实际开发时需要合理安排各任务的优先级。
FREERTOS简介
官网首页：
FreeRTOS - Market leading RTOS (Real Time Operating System) for embedded systems with Internet of Things extensions
2024 年官网现在已经更新中文了。
官网参考手册：
官网参考手册：FreeRTOS 内核快速入门指南
注意事项：
官网进入比较慢，API估计都进不去。
这时如果需要查看API，可以查看正点原子给的几个文档
在这几个文档里搜索一下应该就能找到，可以优先看中文文档，没有的话再看英文文档。
freertos特点
由此可见，freertos的代码量并不高，主要是实现的任务调度。
源码简介
首先获取源码，我们可以从官网下载最新版本的源码
我们也可以直接拿正点原子的源码来使用
实际中我们可以直接拿对应MCU移植例程中的源码来用。
下载完成，我们再来看看里面有哪些内容
我们重点关注这里面的FreeRTOS文件夹，也就是我们要移植的源码。如果想了解其他文件夹中的内容，可以直接参考正点的开发手册。
打开FreeRTOS内核文件夹
Demo 文件夹里面就是 FreeRTOS 的相关例程，打开以后如下图所示：
可以看出 FreeRTOS 针对不同的 MCU 提供了非常多的 Demo，其中就有 ST 的 F1、F4 和F7 的相关例程。
打开Source文件夹
这里面包含了内核的头文件、移植文件、核心文件，前面说的FreeRTOS的9000多行代码，重点集中在list.c、queue.c、tasks.c这三个文件中。
再来重点来看一下 portable 这个文件夹，我们知道 FreeRTOS 是个系统，归根结底就是个纯软件的东西，它是怎么和硬件 联系在一起的呢？软件到硬件中间必须有一个桥梁，portable 文件夹里面的东西就是 FreeRTOS 系统和具体的硬件之间的连接桥梁！不同的编译环境，不同的 MCU，其桥梁应该是不同的，打 开 portable 文件夹，如下图所示：
从上图中可以看出 FreeRTOS 针对不同的编译环境和 MCU 都有不同的“桥梁”，我们这里就以 MDK 编译环境下的 STM32F103 为例。
MemMang 这个文件夹是跟内存管理相关的， 我们移植的时候是必须的，具体内容我们后面会专门有一章来讲解。里面的内容如下：
这里面有FreeRTOS提供的几种内存管理算法，我们一般使用heap_4.c这个文件。
Keil 文件夹里面的东西肯定也是必须的，但是我们打开Keil文件夹以后里面只有一个文件：See-also-the-RVDS-directory.txt。 这个 txt 文件是什么鬼？别急嘛！看文件名字“See-also-the-RVDS-directory”，意思就是参考 RVDS 文件夹里面的东西！哎，好吧，再打开 RVDS 文件夹，如下图所示：
RVDS 文件夹针对不同的架构的 MCU 做了详细的分类，STM32F103 就参考 ARM_CM3， 打开 ARM_CM3 文件夹，如下图所示：
ARM_CM3 有两个文件，这两个文件就是我们移植的时候所需要的！
开始移植
可以参考正点的移植过程，开发手册第二章 FreeRTOS 移植
我们这里移植过程略有不同。
1
获取源码
我们直接拿正点的移植例程中的源码来使用。
2
向工程分组中添加文件
打开基础工程，新建分组 FreeRTOS_CORE 和 FreeRTOS_PORTABLE，然后向这两个分组中添加文件，如下图所示：
我们把所有的c文件都加入进来，不用的就放着，没关系。
其中，port.c 是 RVDS 文件 夹下的 ARM_CM3 中的文件，因为 STM32F103 是 Cortex-M3 内核的，因此要选择 ARM_CM3 中的 port.c 文件。
heap_4.c 是 MemMang 文件夹中的，前面说了 MemMang 是跟内存管理相关 的，里面有 5 个 c 文件：heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c 和 heap_5.c。这 5 个 c 文件是 五种不同的内存管理方法，就像从北京到上海你可以坐火车、坐飞机，如果心情好的话也可以 走路，反正有很多种方法，只要能到上海就行。这里也一样的，这 5 个文件都可以用来作为 FreeRTOS 的内存管理文件，只是它们的实现原理不同，各有利弊。
这里我们选择 heap_4.c，至 于原因，后面会有一章节专门来讲解 FreeRTOS 的内存管理，到时候大家就知道原因了。这里 就先选择 heap_4.c。
3
添加相应的头文件路径
添加完 FreeRTOS 源码中的 C 文件以后还要添加 FreeRTOS 源码的头文件路径，头文件路 径如下图所示：
4
确认包含FreeRTOSConfig.h文件
我们这里使用的是正点例程中的源码，所以include目录里面已经包含了系统配置文件FreeRTOSConfig.h，此时编译后一般不会有缺文件的问题。
如果没有FreeRTOSConfig.h文件或者FreeRTOSConfig.h文件不适配MCU，我们需要自己去找。比如打开 FreeRTOS目录里的Demo文件夹里的CORTEX_STM32F103_Keil，打开以后如下图所示：
果然！官方的移植工程中有这个文件，我们可以使用这个文件，但是建议大家使用正点例程中的 FreeRTOSConf.h 文件，这个文件是 FreeRTOS 的系统配置文件，不同的平台其配置不同。看名字就知道，他是 FreeRTOS 的配置文件，一般的操作系统都有裁剪、配置功能，而这些裁剪及配置都是通过一个文件来完成的，基本都是通过宏定义来完成对系统的配置和裁剪的，关于FreeRTOS的配置文件FreeRTOSConfig.h后面也会有一 章节来详细讲解。
5
引入FreeRTOSConfig.h配置文件后，编译，会提示以下内容：
这是因为freertos中也定义了SVC 中断服务函数SVC_Handler()和 PendSV 中断服务函数PendSV_Handler()，而我们STM32的中断文件stm32f10x_it.c中也定义了。
所以，需要将STM32定义的这两个空中断处理函数给屏蔽掉。
之后再编译就没有错误了。
5
配置systick时钟
操作系统一般会使用systick时钟来作为时基，也就是freertos的工作心跳，所以需要配置。
这里说明下，正点原子教程里说要改system文件夹里的内容，他们是想让systick既能作为延时，又能用于操作系统时基，但是本来很简单的东西，这样一来就会让操作变得很复杂，完全没必要，如果使用操作系统，我们可以不用systick来延时，而是配置额外的定时器。让systick专心为rtos服务即可。
所以我们根据实际情况，配置systick为1ms的定时中断，此配置可参考这篇文章：
STM32实现延时（Systick+Tim）-CSDN博客
然后在stm32f10x_it.c文件里的systick中断服务函数里调用操作系统的时基心跳。
extern void xPortSysTickHandler(void); //systick 中断服务函数,使用 OS 时用到 void SysTick_Handler(void) { if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行 { xPortSysTickHandler(); } }FreeRTOS 的心跳就是由滴答定时器产生的，根据 FreeRTOS 的系统时钟节拍设置好滴答定 时器的周期，这样就会周期触发滴答定时器中断了。在滴答定时器中断服务函数中调用 FreeRTOS 的 API 函数 xPortSysTickHandler()。
至此，移植完成，我们可以编写任务来验证是否移植成功，这一块后续再补充。
系统配置文件
FreeRTOSConf.h文件是 FreeRTOS 的系统配置文件，不同的平台其配置不同。看名字就知道，它是 FreeRTOS 的配置文件，一般的操作系统都有裁剪、配置功能，而这些裁剪及配置都是通过一个文件来完成的，基本都是通过宏定义来完成对系统的配置和裁剪的，这个文件可以在FreeRTOS目录里的Demo文件夹里的CORTEX_STM32F103_Keil路径下找到
我们将该文件拿来放到我们的移植目录中。
本文，重点介绍该文件中有哪些内容。
参考正点原子《FreeRTOS开发指南V1.1》“第三章 FreeRTOS 系统配置 ”
正点原子例程中将该文件放在了User目录下
把文件拿过来看看
/***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS基础配置配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ //1使用抢占式内核，0使用协程 #define configUSE_PREEMPTION 1 //1使能时间片调度(默认式使能的) #define configUSE_TIME_SLICING 1 //1启用特殊方法来选择下一个要运行的任务 //一般是硬件计算前导零指令，如果所使用的 //MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0！ #define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1 //1启用低功耗tickless模式 #define configUSE_TICKLESS_IDLE 0 //为1时启用队列 #define configUSE_QUEUE_SETS 1 //CPU频率 #define configCPU_CLOCK_HZ (SystemCoreClock) //时钟节拍频率，这里设置为1000，周期就是1ms #define configTICK_RATE_HZ (1000) //可使用的最大优先级 #define configMAX_PRIORITIES (32) //空闲任务使用的堆栈大小 #define configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned short)130) //任务名字字符串长度 #define configMAX_TASK_NAME_LEN (16) //系统节拍计数器变量数据类型， //1表示为16位无符号整形，0表示为32位无符号整形 #define configUSE_16_BIT_TICKS 0 //为1时空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务 #define configIDLE_SHOULD_YIELD 1 //为1时开启任务通知功能，默认开启 #define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1 //为1时使用互斥信号量 #define configUSE_MUTEXES 1 //不为0时表示启用队列记录，具体的值是可以 //记录的队列和信号量最大数目。 #define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 8 //大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能 //用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话 //此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法。 #define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0 //为1时使用递归互斥信号量 #define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1 //1使用内存申请失败钩子函数 #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0 #define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0 //为1时使用计数信号量 #define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与内存申请有关配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ //支持动态内存申请 #define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1 //系统所有总的堆大小 #define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(20*1024)) /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ //1，使用空闲钩子；0，不使用 #define configUSE_IDLE_HOOK 0 //1，使用时间片钩子；0，不使用 #define configUSE_TICK_HOOK 0 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与运行时间和任务状态收集有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ //为1时启用运行时间统计功能 #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 0 //为1启用可视化跟踪调试 #define configUSE_TRACE_FACILITY 1 //与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数 #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1 //prvWriteNameToBuffer(),vTaskList(), //vTaskGetRunTimeStats() /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与协程有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ //为1时启用协程，启用协程以后必须添加文件croutine.c #define configUSE_CO_ROUTINES 0 //协程的有效优先级数目 #define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 2 ) /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ //为1时启用软件定时器 #define configUSE_TIMERS 1 //软件定时器优先级 #define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES-1) //软件定时器队列长度 #define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5 //软件定时器任务堆栈大小 #define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE*2) /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS可选函数配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 1 #define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1 #define INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1 #define INCLUDE_vTaskDelete 1 #define INCLUDE_vTaskCleanUpResources 1 #define INCLUDE_vTaskSuspend 1 #define INCLUDE_vTaskDelayUntil 1 #define INCLUDE_vTaskDelay 1 #define INCLUDE_eTaskGetState 1 #define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 1 /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与中断有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #ifdef __NVIC_PRIO_BITS #define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS #else #define configPRIO_BITS 4 #endif //中断最低优先级 #define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15 //系统可管理的最高中断优先级 #define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5 #define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) ) #define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) ) /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS与中断服务函数有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ #define xPortPendSVHandler PendSV_Handler #define vPortSVCHandler SVC_Handler /***************************************************************************************************************/ /* FreeRTOS断言等有关的配置选项 */ /***************************************************************************************************************/ /* 断言 */ #define vAssertCalled(char, int) printf("Error: %s, %d\r\n", char, int) #define configASSERT( x ) if( ( x ) == 0 ) vAssertCalled( __FILE__, __LINE__ ) /* FreeRTOS MPU 特殊定义 */ //#define configINCLUDE_APPLICATION_DEFINED_PRIVILEGED_FUNCTIONS 0 //#define configTOTAL_MPU_REGIONS 8 //#define configTEX_S_C_B_FLASH 0x07UL //#define configTEX_S_C_B_SRAM 0x07UL //#define configENFORCE_SYSTEM_CALLS_FROM_KERNEL_ONLY 1 //#define configALLOW_UNPRIVILEGED_CRITICAL_SECTIONS 1 /* ARMv8-M 安全侧端口相关定义。 */ //#define secureconfigMAX_SECURE_CONTEXTS 5 #endif /* FREERTOS_CONFIG_H */大部分配置都有注释，可以先看看。
官方的在线文档中也有详细的说明：
FreeRTOS - The Free RTOS configuration constants and configuration options - FREE Open Source RTOS for small real time embedded systems
FreeRTOS 的配置基本是通过在 FreeRTOSConfig.h 中使用“#define”这样的语句来定义宏定义实现的。
“config”开始的宏是用来完成 FreeRTOS 的配置和裁剪的。
具体参考正点原子的开发手册。
使用“INCLUDE_”开头的宏用来表示使能或除能 FreeRTOS 中相应的 API 函数，作用就是用来配置 FreeRTOS 中的可选 API 函数的。比如当宏 INCLUDE_vTaskPrioritySet 设置为 0 的
时候表示不能使用函数 vTaskPrioritySet() ， 当设置为1的时候就表示可 以使用函数vTaskPrioritySet()。这个功能其实就是条件编译，在文件 tasks.c 中有如下图所示的代码。
从图可以看出当满足条 件 ： NCLUDE_vTaskPrioritySet == 1 的 时 候 ， 函 数vTaskPrioritySet()才会被编译，注意，这里为了缩小篇幅将函数 vTaskPrioritySet()的内容进行了折叠。FreeRTOS 中的裁剪和配置就是这种用条件编译的方法来实现的，不止FreeRTOS这么干，很多的协议栈、RTOS 系统和 GUI 库等都是使用条件编译的方法来完成配置和裁剪的。条件编译的好处就是节省空间，不需要的功能就不用编译，这样就可以根据实际需求来减少系统占用的 ROM 和 RAM 大小，根据自己所使用的MCU来调整系统消耗。……
更多补充说明
✔
每个任务都有自己的堆栈。设置堆栈大小时，单位是字，也就是四个字节。
✔
任务优先级理论上是无限的，但因为和configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION这个宏的功能相关，也就是和硬件相关，所以最大只能设置到32。不过一般也不会用到32个优先级。
✔
关于宏configUSE_16_BIT_TICKS
✔
宏configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW一般只在调试阶段打开。
✔
暂且认为钩子函数就是回调函数吧。
✔
heap4.c中实现了动态内存管理函数。
堆的内存池大小也在heap4.c中有使用。
这里总堆大小的单位是字节，定义的是20K，具体情况具体设置。
✔
这些都是跟调试相关的
补充：三个重要中断
在 FreeRTOS 的移植过程中会这遇到三个重要的中断，分别是 FreeRTOS 系统时基定时器的中断（SysTick 中断）、SVC 中断、PendSV 中断。
SysTick 中断是用来提供系统时基的，很好理解。
那么SVC和PendSV是用来干嘛的呢？
参考：怎样去理解异常SVC和PendSV_pendsv svc-CSDN博客
SVC（系统服务调用）和 PendSV（ 可悬挂系统调用 ）。
它们多用于在操作系统之上的软件开发中。
SVC用于产生系统函数的调用请求。
例如，操作系统不让用户程序直接访问硬件，而是通过提供一些系统服务函数，用户程序使用 SVC 发出对系统服务函数的呼叫请求，以这种方法调用它们来间接访问硬件。因此，当用户程序想要控制特定的硬件时，它就会产生一个 SVC 异常，然后操作系统提供的 SVC 异常服务例程得到执行，它再调用相关的操作系统函数，后者完成用户程序请求的服务。获取数据有两条路线：
通过SVC。
绕过SVC（但是不允许）。
由此实现软件硬件分离。
另一个相关的异常是 PendSV（可悬挂的系统调用），它和 SVC 协同使用。SVC异常是必须立即得到响应的（若因优先级不比当前正处理的高， 或是其它原因使之无法立即响应， 将上访成硬 fault），应用程序执行 SVC 时都是希望所需的请求立即得到响应。PendSV 则不同，它是可以像普通的中断一样被悬起的（不像 SVC 那样会上访）。 OS 可以利用它“缓期执行” 一个异常——直到其它重要的任务完成后才执行动作。
悬起 PendSV 的方法是：手工往 NVIC 的 PendSV 悬起寄存器中写 1。 悬起后， 如果优先级不够高，则将缓期等待执行。PendSV是可悬起异常，如果我们把它配置最低优先级，那么如果同时有多个异常被触发，它会在其他异常执行完毕后再执行，而且任何异常都可以中断它。
假设任务A、任务B。
任务A，2ms执行结束后延迟500ms再次执行，那么OS在这段500ms内寻找下一个要执行的任务B，任务B，2ms执行结束延迟600ms再次执行（如果还有任务C、E等依次类推）。但是现在任务A并没有延迟到500ms所以此时OS执行空闲任务，到达500ms后才会执行任务A。
当空闲任务切换到任务A或者任务B时，此时突然中断产生，PendSV执行。
一时半会儿还不太理解，后续可能需要看这本书：
《ARM Cortex-M3 与 Cortex-M4 权威指南(第三版)》
以后再补充。
