FreeRTOS系列补充1：重点记忆知识点

news2024/11/26 20:47:41

1、FreeRTOS的调度策略、内部原理

FreeRTOS采用抢占式优先级调度策略。任务根据其优先级进行调度，优先级高的任务会抢占优先级低的任务的执行权。FreeRTOS使用任务控制块（Task Control Block，简称TCB）来管理任务信息和状态。调度器根据任务的优先级和状态进行任务切换。

2、FreeRTOS中的常用任务间通信手段： FreeRTOS提供了几种任务间通信的机制，常用的有：

队列：任务可以通过队列发送和接收数据。

信号量：用于任务之间的同步和互斥，保证资源的互斥访问。

事件标志组：允许任务等待多个事件的发生。

互斥量：用于任务之间对共享资源的互斥访问。

3、优先级翻转背后逻辑以及解决方法：

优先级翻转是指高优先级任务由于等待低优先级任务释放共享资源而被阻塞的情况。解决方法通常有以下几种：

使用优先级继承：当一个低优先级任务获得了高优先级任务所需的资源时，低优先级任务将提升为与高优先级任务相同的优先级，直到释放该资源。

使用优先级屏蔽：在高优先级任务访问共享资源时，屏蔽掉低优先级的任务调度，保证高优先级任务能够快速执行。

4、信号量和互斥量的区别、使用场景：

信号量（Semaphore）用于任务之间的同步和互斥，可以用来保护共享资源，控制任务执行顺序。信号量可以是计数型的，允许多个任务同时持有。

互斥量（Mutex）是一种特殊的信号量，只允许一个任务持有，用于实现对共享资源的互斥访问。

使用场景：信号量适用于多个任务之间的资源同步和共享；互斥量适用于防止多个任务同时访问共享资源时发生冲突。

5、信号量和互斥量背后的原理：

信号量和互斥量都是基于原子操作实现的。原子操作是指不会被中断的操作，可以保证操作的完整性。

信号量通过计数器实现，当任务请求获取信号量时，计数器减一；释放信号量时，计数器加一。如果计数器为零，表示没有可用的信号量，任务会被阻塞。

互斥量通过使用标志位来表示资源是否被锁定。当一个任务请求获取互斥量时，如果资源已经被锁定，任务会被阻塞，直到资源被释放。

6、平时工作中任务优先级如何划分？

任务优先级的划分应该根据任务的紧急性和重要性进行评估。一般来说，具有紧急性和对系统正常运行有较大影响的任务应设置较高的优先级，而相对次要的任务则可以设置较低的优先级。

任务优先级的划分需要综合考虑系统的实际需求、任务之间的依赖关系以及资源的使用情况等因素。

7、FreeRTOS内存管理的策略：

FreeRTOS采用动态内存管理的策略，可以通过配置选项选择不同的内存管理算法。常用的内存管理算法有堆式算法和静态分配算法。

堆式算法使用动态存储分配函数（如malloc和free）来管理任务的堆栈和其他内存需求。这种算法灵活性较高，但可能存在内存碎片的问题。

静态分配算法在编译时为任务分配固定大小的内存空间，不涉及动态内存分配。这种算法简单高效，但需要在编译时确定任务的最大堆栈需求。

FreeRTOS提供了5种动态内存管理算法，分别为： heap_1、heap_2、heap_3、heap_4、heap_5 。

8、中断中能否使用互斥量：

一般情况下，中断服务程序中不应该使用阻塞型的同步机制，如互斥量。因为中断服务程序需要尽可能地快速执行完毕，以避免影响系统的实时性。在中断中使用互斥量可能导致任务被阻塞，无法及时响应其他中断。如果确实需要在中断中进行资源的互斥访问，可以考虑使用轻量级的同步机制，如关中断或原子操作来保护共享资源。

9、说一下实时操作系统是怎么进行任务调度的。

实时操作系统系统rtos发生任务调度的场合主要有两种，一种是调用系统api函数，还有一种是在滴答定时器中断内将就绪列表中优先级最高的任务和正在运行的任务优先级进行比较。

如果就绪列表中优先级最高的任务优先级要比正在运行的任务优先级要高那么就执行抢占式调度，也就是高优先级的任务会打断低优先级任务的执行，然后开始运行。如果就绪列表中任务优先级最高的任务和正在运行的任务优先级相同，那么就执行时间片轮询调度。

在要进行任务上下文切换的时候，系统会对中断和状态寄存器的bit28位写1来触发pensv异常。当操作系统检测到此时某个中断服务函数正在执行的话，pensv异常会自动延迟上下文切换的请求，等待其他中断服务函数都完成才会放行。这时候就可以暂停正在执行的任务，把cpu寄存器的值保存在这个任务的任务堆栈中，然后把将要执行的任务寄存器值从任务堆栈中恢复到cpu寄存器值中。也就是对被切换的任务保存现场，对切换的任务恢复任务。这就完成了一次任务调度。