03嵌入式實時操作系統FreeRTOS裁剪和配置

《嵌入式實時操作系統FreeRTOS原理及應用——基于STM32微控制器》嵌入式實時操作系統FreeRTOS原理及應用張超主編STM32Cortex-M4通用開發(fā)板嵌入式實時操作系統FreeRTOS原理及應用FreeRTOS基礎配置FreeRTOS與中斷相關配置FreeRTOS可選API函數配置FreeRTOS其它配置FreeRTOS參考配置示例FreeRTOS的裁剪和配置主要內容：一、FreeRTOS基礎配置FreeRTOS的裁剪和配置FreeRTOS基礎配置configUSE_PREEMPTIONconfigUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTIONconfigCPU_CLOCK_HZconfigTICK_RATE_HZconfigMAX_PRIORITIESconfigMINIMAL_STACK_SIZE常用配置項是運行FreeRTOS比較常用的一些配置，涉及調度方式、時鐘節(jié)拍、堆內存大小、空閑任務堆棧等。FreeRTOS基礎配置configTOTAL_HEAP_SIZEconfigUSE_16_BIT_TICKSconfigIDLE_SHOULD_YIELDconfigMAX_TASK_NAME_LENconfigUSE_TICKLESS_IDLE常用配置項隊列信號量相關FreeRTOS基礎配置configUSE_QUEUE_SETS用于定義是否使用隊列集。configUSE_MUTEXES用于定義是否使用互斥信號量。configUSE_RECURSIVE_MUTEXES用于定義是否使用遞歸互斥信號量。configUSE_COUNTING_SEMAPHORES用于定義是否使用計數信號量。configUSE_TASK_NOTIFICATIONS用于定義是否使用任務通知。當宏設置為1時，相應功能的API函數就會被編譯。鉤子函數相關FreeRTOS基礎配置configUSE_IDLE_HOOK用于使能空閑任務鉤子函數。configUSE_TICK_HOOK用于使能時間片鉤子函數。configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK用于使能動態(tài)內存分配失敗鉤子函數。configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW用于使能堆棧溢出檢測鉤子函數。鉤子函數需要用戶實現，當對應的宏不為0時，必須提供相應的鉤子函數。二、

FreeRTOS與中斷相關配置FreeRTOS的裁剪和配置FreeRTOS與中斷相關配置Cortex-M優(yōu)先級STM32微控制器使用ARMCortex-M內核，Cortex-M內核采用8個二進制位來表示可編程的優(yōu)先級，共有256級。實際的優(yōu)先級數由芯片生產廠家決定，像STM32微控制器，就沒有使用全部的8個二進制位，而只是使用了4位，共16個優(yōu)先級。不管采用多少位表達優(yōu)先級，均采用MSB對齊方式，使用4位來表達優(yōu)先級時MSB對齊的情形如下：FreeRTOS與中斷相關配置configPRIO_BITS設置硬件用于表達優(yōu)先級的二進制位數。STM32微控制器使用的是4位，此宏應該設定為4。因在core_cm4.h頭文件中定義了表達優(yōu)先級位數據的宏__NVIC_PRIO_BITS，且該宏已設為4，可通過這個宏來設定configPRIO_BITS，或者直接將configPRIO_BITS設定為4。#ifdef__NVIC_PRIO_BITS#defineconfigPRIO_BITS__NVIC_PRIO_BITS/*core_cm4.h中定義的宏*/#else#defineconfigPRIO_BITS4/*對STM32微控制器應設為4*/#endifFreeRTOS與中斷相關配置configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY用于設置中斷最低優(yōu)先級。STM32微控制器使用4位二進制位表達優(yōu)先級，優(yōu)先級數最多就是16個。但STM32微控制器表達優(yōu)先級高低與優(yōu)先級數的關系比較特殊，數值越大，優(yōu)先級反而越低，數值為0時表示最高優(yōu)先級。所以，此宏的值應設為15。FreeRTOS與中斷相關配置configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY用于設置內核的中斷優(yōu)先級，即嘀嗒定時器和PendSV的中斷優(yōu)先級。此宏定義通過configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY<<(8-configPRIO_BITS)替換得到，替換結果應該是中斷系統中的最低優(yōu)先級。用前面定義好的宏，替換為0x0F<<(8-4)，結果為0xF0，高4位正好就是15，也就是STM32微控制器的最低中斷優(yōu)先級。FreeRTOS與中斷相關配置configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY用于設置FreeRTOS可管理的最大優(yōu)先級?？梢栽谟布袛鄡?yōu)先級數量之內任意設置，比如設置為5，表示高于優(yōu)先級5的中斷（對于STM32微控制器，為優(yōu)先級0至4）不歸FreeRTOS管理。FreeRTOS與中斷相關配置configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY由宏configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY<<(8-configPRIO_BITS)得到。例如，宏configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY設為5，表示優(yōu)先級高于5的中斷不歸FreeRTOS管理，在這些中斷服務函數中不能調用FreeRTOS相關API函數。三、FreeRTOS可選API函數配置FreeRTOS的裁剪和配置FreeRTOS可選API函數配置可選API通過配置INCLUDE_開始的宏，可對FreeRTOS一些可選API函數進行配置，當對應的宏為1時，表示使能相應功能的API函數，這些API函數就會參與編譯，從而可供應用程序調用。例如，當INCLUDE_vTaskDelay宏定義為1時，函數vTaskDelay()將會被編譯，從而在應用程序中可用vTaskDelay()實現阻塞式延時。FreeRTOS可選API函數配置#defineINCLUDE_vTaskPrioritySet#defineINCLUDE_uxTaskPriorityGet#defineINCLUDE_vTaskDelete#defineINCLUDE_vTaskSuspend#defineINCLUDE_vTaskDelayUntil#defineINCLUDE_vTaskDelay可選API常用的使能API函數對應的宏。FreeRTOS可選API函數配置#defineINCLUDE_xTaskGetSchedulerState#defineINCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle#defineINCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark#defineINCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle#defineINCLUDE_xTimerGetTimerDaemonTaskHandle#defineINCLUDE_pcTaskGetTaskName可選API常用的使能API函數對應的宏。四、FreeRTOS其它配置FreeRTOS的裁剪和配置FreeRTOS其它配置協程相關1、configUSE_CO_ROUTINES。定義是否使用協程，0為不使用，1為使用。在搶占式調度中也可使用協程，協程可以節(jié)約開銷，但功能將受到限制，現在的微處理器功能都已經很強大，協程已經很少采用，此宏應該設為0。2、configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES。定義協程的有效優(yōu)先級數目，優(yōu)先級從0到configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES-1，0為最低優(yōu)先級。FreeRTOS其它配置任務運行信息相關1、configUSE_TRACE_FACILITY，用于使能可視化跟蹤和調試，為1時使能。2、configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS，當此宏與configUSE_TRACE_FACILITY宏同時為1時，vTaskList()和vTaskGetRunTimeStats()函數會參與編譯，從而可以通過這二個函數獲取任務運行信息。FreeRTOS其它配置任務運行信息相關3、configGENERATE_RUN_TIME_STATS，用于定義是否開啟時間統計功能，為1時表示開啟。當此宏為1時，還需要用戶實現這二個宏：portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS()和portGET_RUN_TIME_COUNTER_VALUE()。前者對應一個精度高于嘀嗒定時器時間精度10倍以上的定時器初始化函數，后者對應一個獲取統計時間值的函數，這二個函數均需由用戶實現。FreeRTOS其它配置軟件定時器相關1、configUSE_TIMERS，定義是否使用軟件定時器功能，為1時使用。當此宏為1時，會在調度器開啟功能函數中自動創(chuàng)建定時器服務任務，同時需要正確配置后面幾個宏。2、configTIMER_TASK_PRIORITY，用于定義軟件定時器任務的默認優(yōu)先級。3、configTIMER_QUEUE_LENGTH，用于定義軟件定時器命令隊列長度。4、configTIMER_TASK_STACK_DEPTH，用于定義軟件定時器任務堆棧大小。FreeRTOS其它配置是否使用斷言用于代碼調試階段檢查傳入的參數是否合理。FreeRTOS內核在關鍵點均會調用configASSERT(x)，如果x結果為0，說明有錯誤發(fā)生。錯誤發(fā)生時有多種處理方法，可通過串口輸出信息，可直接停機，下面是一種停機處理方法示例，發(fā)生錯誤時直接停機。#defineconfigASSERT(x)if((x)==0) {taskDISABLE_INTERRUPTS();for(;;);}使用斷言會增加系統開銷，一般是在調試階段使用，要關閉這個功能，注釋掉configASSERT(x)就可以。FreeRTOS其它配置中斷服務函數在FreeRTOS移植層port.c文件里，分別定義了vPortSVCHandler、xPortPendSVHandler和xPortSysTickHandler三個中斷服務處理函數，需要與STM32的SVC_Handler、PendSV_Handler和SysTick_Handler進行一一對應。#definevPortSV