FreeRTOS 实时操作系统第二讲 - 启动流程、编码风格与调试方法_freertos启动

一、FreeRTOS 启动流程

  RTOS 主要有两种比较流行的启动方式，下面会通过伪代码讲解两种启动方式的区别，然后看看 STM32cubeMX 集成的 FreeRTOS 采用哪种启动方式。

方法一：在 main 函数中将硬件初始化、RTOS 系统初始化，同时创建所有任务，再启动 RTOS 调度器。

伪代码如下：

#include <头文件>  

#变量定义  

int main()  
{
   // 硬件初始化
    Hardware_Init();
    
   //RTOS 初始化
    RTOS_Init();

   // 创建任务 1  
   RTOS_TaskCreate(Task_n);

   。。。

   // 创建任务 n  
   RTOS_TaskCreate(Task_n);

   //RTOS 启动，开始任务调度，不再返回
  RTOS_Start();

}

// 任务函数 1  
void Task_1()  
{
    // 无限循环，不能返回
   for(; ;)
    {
       // 任务 1 处理  
    }  
}
。。。  

// 任务函数 n  
void Task_n()  
{    
   // 无限循环，不能返回
   for(; ;)
    {
       // 任务 n 处理  
    }
}
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方法二：在 main 函数中将硬件初始化、RTOS 系统初始化，只创建一个启动任务，再启动 RTOS 调度器。 之后，在启动任务中创建各种应用任务，当所有任务创建完成，启动任务把自己删除。

伪代码如下：

#include <头文件>  

#变量定义  

int main()  
{
   // 硬件初始化
    Hardware_Init();

   //RTOS 初始化
    RTOS_Init();

   // 创建任务 1  
   RTOS_TaskCreate(AppTaskCreate);

   //RTOS 启动，开始任务调度，不再返回
   RTOS_Start();
}

// 起始任务，在里面创建各种应用任务  
void AppTaskCreate()  
{
   // 创建任务 1  
   RTOS_TaskCreate(Task_n);
   。。。
   // 创建任务 n  
   RTOS_TaskCreate(Task_n);

   // 创建完应用任务，删除自身，释放内存
   RTOS_TaskDelate(AppTaskCreate);
}

// 任务函数 1  
void Task_1()  
{
    // 无限循环，不能返回
   for(; ;)
    {
       // 任务 1 处理  
    }  
}
。。。  
// 任务函数 n  
void Task_n()  
{    
   // 无限循环，不能返回
   for(; ;)
    {
       // 任务 n 处理  
    }
}
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STM32cubeMX 集成的 FreeRTOS 如下图，采用的是第一种启动方式。

二、FreeRTOS 编码风格

2.1、数据类型

  如下图，FreeRTOS 使用的数据类型虽然都是标准 C 的数据类型，但都进行了重定义，取了个新名字。

  需要注意的是，char 数据类型可以通过 keil 指定有符号或者无符号，默认为无符号。

2.2、变量名

  在 FreeRTOS 中，定义变量时，把变量的类型作为前缀，方便用户通过变量即可知道变量的类型。

  char 变量的前缀是 c，short 变量的前缀是 s，long 变量的前缀是 l，其它比如结构体、任务句柄等是 x; 如果是无符号类型的，前缀再加 u; 如果是指针变量，前缀再加 p。

举例：

char cTemp；

unsigned char ucTemp

unsigned char* pucTemp

2.3、函数名

  函数名包含了函数返回值的类型、函数所在的文件名以及函数的功能，如果是私有的函数，还会加 pr 前缀。 这种命名方式方便寻找函数定义并了解函数作用，值得借鉴。

举例：

xTaskCreate() 函数的返回值为任务句柄，在 Task.c 中定义，作用是创建任务；

vTaskPrioritySet() 函数的返回值为 void，在 Task.c 中定义，作用是设置优先级；

2.4、宏

  在 FreeRTOS 中，宏用大写字母表示，并配有小写字母作为前缀， 前缀用于指示该宏在哪个头文件定义。

举例：

portMAX_DELAY, 位于 portable.h；

configUSE_PREEMPTION, 位于 FreeRTOSConfig.h

此外，有几个通用的宏定义贯穿 FreeRTOS 的整个代码，都是表示 0 与 1 的宏，如下：

pdTRUE 1

pdFALSE 0

pdPASS 1

pdFAIL 0

三、FreeRTOS 调试方法

  本节为大家介绍 FreeRTOS 的调试方法，主要是获取任务的执行情况，通过串口打印出来，方便后续的系统配置与优化工程，非常实用。

3.1、串口打印调试说明

  为了了解任务的运行状态、任务栈的使用情况以及各个任务的 CPU 使用率，需要用到官方提供的两个函数 vTaskList 和 vTaskGetRunTimeStats。

  用户可以通过这两个函数获得任务信息，然后通过串口将其打印出来，当然，也可以通过任何其它方式将其显示出来。后续课程统一采用串口打印的方式显示任务信息。

3.2、定时器

  为了获取 FreeRTOS 的任务信息，需要创建一个定时器，这个定时器的时间基准精度要高于系统时钟节拍，达到系统时钟节拍的 10 ~ 20 倍，这样得到的任务信息才准确。

Note：

① 这种调试方式仅限调试、测试，实际项目中不要使用，因为这种测试方式比较影响系统实时性。

② FreeRTOS 的系统内核没有对计数时间做溢出保护。 比如定时器周期为 50us，最大支持计数时间：2^32 * 50us / 3600s =59.6 分钟。运行时间超过了 59.6 分钟将不准确。

3.3、具体实现

  学习 FreeRTOS 操作系统的目的是利用多任务功能更好的管理产品外设，因此调试代码将在 STM32 物联网实战项目 HAL 裸机开发整合代码工程上启用 FreeRTOS 操作系统，因为最后一讲包含了全部外设驱动函数，方便后续的调用。

①、处理工程代码 - 删除裸机框架的代码 (main.c，MyInit.c,callback.c 与 System.c 文件)，系统运行指示灯关闭；

②、STM32CubeMX 配置

③、完善 keil 工程代码