FreeRTOS 是市场领先的面向微控制器和小型微处理器的实时操作系统 (RTOS)，与世界领先的芯片公司合作开发，现在每 170 秒下载一次。FreeRTOS 通过 MIT 开源许可免费分发，包括一个内核和一组不断丰富的 IoT 库，适用于所有行业领域。FreeRTOS 的构建强调可靠性和易用性。

一、裸机与RTOS

1、裸机

简介：裸机又称为前后台系统，前台系统指的中断服务函数，后台系统指的大循环，即应用程序。

例子：打游戏和回复信息，需要打完游戏才可回复信息，或者回复完信息才可打游戏。

特点：①实时性差：应用程序轮流执行。②delay：空等待，CPU不执行其他代码（浪费了资源）。③结构臃肿：实现的功能都放在无限循环。

2、RTOS

简介：RTOS全称为：Real Time OS，就是实时操作系统，强调的是：实时性。

例子：打游戏和回复信息，不需要等某一件事做完，可每间隔1ms(一个时间片时钟节拍)，然后交替做这两件事，因为速度很快，从宏观的意义上来看，类似同步执行！

特点：①分而治之：实现功能划分多个任务。②延时函数：不会空等待，会让CPU的使用权给其他任务，即任务调度。③抢占式：高优先级任务抢占低优先级任务。④任务堆栈：每个任务都有自己的栈空间，用于保存局部变量以及任务的上下文信息。

注意：①中断可以打断任何任务。②任务可以同等优先级。

问题：如果高优先级的任务一直在运行，会使得低优先级任务无法运行。

二、FreeRTOS

简介：FreeRTOS 是一个嵌入式实时操作系统。

特点：①免费开源：商业产品中使用，无潜在商业风险，无须担心。②可裁剪：使得FreeRTOS的核心代码只有9000行左右。③简单：简单易用，可移植性好。④优先级不限：任务优先级分配没有限制，多任务可同一优先级。⑤任务不限：可创建的实时任务数量没有软件限制。⑥支持抢占式，协程式、时间片流转任务调度。

1、任务调度

调度器就是使用相关的调度算法来决定当前需要执行的任务。FreeRTOS支持抢占式、时间片、携程式三种调度方式。

①抢占式调度：针对优先级不同的任务，每个任务都有一个优先级，优先级高的任务可以抢占优先级低的任务。

首先Task1在运行中，在这个过程中Task2就绪了，在抢占式调度器的作用下Task2会抢占Task1的运行；Task2运行过程中，Task3就绪了，在抢占式调度器的作用下Task3会抢占Task2的运行；Task3运行过程中，如果Task3阻塞了（即系统延时或等待信号量等），此时就绪态中优先级最高的任务Task2执行；如果Task3阻塞解除了（延时到了或者接收到信号量），此时Task3恢复到就绪态中，抢占TasK2的运行。

总结：①高优先级任务，优先执行。②高优先级任务不停止，低优先级任务无法执行。③被抢占的任务将会进入就绪态。

②时间片调度：针对优先级相同的任务，当多个任务的优先级相同时， 任务调度器会在每一次系统时钟节拍到的时候切换任务。同等优先级任务轮流地享有相同的 CPU 时间(可设置)， 叫时间片，在FreeRTOS中，一个时间片就等于SysTick 中断周期。

首先Task1运行完一个时间片后，切换至Task2运行；Task2运行完一个时间片后，切换至Task3运行；Task3运行过程中还不到一个时间片阻塞了（系统延时或等待信号量等），此时直接切换到下一个任务Task1；Task1运行完一个时间片后，切换至Task2运行。

总结：①同等优先级任务，轮流执行；时间片流转。②一个时间片大小，取决为滴答定时器中断周期。③注意没有用完的时间片不会再使用，下次任务Task3得到执行还是按照一个时间片的时钟节拍运行（下次重新开始一个时间片计时）。

③协程式调度：了解即可，当前执行任务将会一直运行，同时高优先级的任务不会抢占低优先级任务。官方已不会再更新此种方式的任务调度。

2、任务状态（4种）

①运行态：正在执行的任务，该任务就处于运行态，注意在STM32中，同一时间仅一个任务处于运行态。

②就绪态：如果该任务已经能够被执行，但当前还未被执行，那么该任务处于就绪态。

③阻塞态：如果一个任务因延时或等待外部事件发生，那么这个任务就处于阻塞态。

④挂起态：类似暂停，调用函数 vTaskSuspend() 进入挂起态，需要调用解挂函数vTaskResume() 才可以进入就绪态。

总结：仅就绪态可转变为运行态；其他状态的任务想运行，必须先转变成就绪态。

任务状态列表：

这四种状态中，除了运行态，其他三种任务状态的任务都有其对应的任务状态列表（类似链表）

新创建的任务会在就绪列表。32位的变量，当某个位置1时，代表所对应的优先级就绪列表有任务存在。

举例：假设，创建三个任务分别是：task1、task2、task3，优先级分别是：1、2、3。调度器总是在所有处于就绪列表的任务中，选择具有最高优先级的任务来执行。若出现相同优先级任务，任务会连接在同一个就绪列表上。

有关任务状态列表的知识后续会有专门的博客总结！

三、FreeRTOS源码说明&移植

1、源码

源码下载链接：https://www.freertos.org/

这三个文件依次是内核、组件和工具，其中第一个FreeRTOS内核包括Demo（FreeRTOS演示例程）、License（FreeRTOS相关许可）、Source（源码）、Test（公用以及移植层测试代码）。

源码Source里需要注意include（头文件）、portable（移植文件）、list.c（列表相关文件）、queue.c（队列相关文件）、task.c（任务相关文件）、timers.c（软件定时器相关文件）。

FreeRTOS操作系统归根到底是一个软件层面的东西，靠portable（移植文件）与硬件联系起来，我们使用MDK开发，因此这里只重点介绍其中的部分移植文件：

2、 移植（基于HAL库开发，基于库函数的稍有不同）

①添加FreeRTOS源码：将FreeRTOS源码添加至基础工程、头文件路径等

②FreeRTOSConfig.h：添加FreeRTOSConfig.h 配置文件。

③修改SYSTEM文件：修改SYSTEM文件中的sys.c、delay.c、usart.c。

④修改中断相关文件：修改Systick中断、SVC中断、PendSV中断。

⑤添加应用程序：验证移植是否成功。

FreeRTOSConfig.h 配置文件作用：对FreeRTOS的功能进行配置和裁剪，以及API函数的使能等

相关宏大致可分为三类： “INCLUDE”用于配置FreeRTOS中可选的API函数；“config”完成FreeRTOS的功能配置和裁剪；其他配置项PendSV宏定义、SVC宏定义等。