FreeRTOS 学习笔记（韦东山老师课程）

第一天 ：RTOS 基础与 FreeRTOS 入门

1、什么是 FreeRTOS

1.FreeRTOS 是一款开源的实时操作系统（RTOS），其核心目标是实现多任务的并发运行。它具有轻量级、可裁剪的特点，适用于资源受限的嵌入式设备（如单片机），能够高效管理多个任务的调度与执行。

2.为什么使用 RTOS？—— 从裸机模式到多任务系统的演进

1. 裸机程序设计模式

1.0轮询模式

程序通过一个while(1)循环依次执行所有任务，任务按顺序轮流执行，无法优先处理紧急任务。

缺点：若某个任务执行时间长，会导致其他任务响应延迟。

1.1前后台

由 “后台”（while(1)循环中的主程序）和 “前台”（中断服务程序）组成，紧急任务通过中断触发，优先于后台执行。

优点：紧急任务可通过中断快速响应；
缺点：中断处理逻辑复杂时，可能阻塞后台程序，且多个中断之间容易冲突。

1.2定时器驱动

属于前后台模式的扩展，通过定时器按固定频率触发中断，在中断中按时间周期调用不同任务，实现多任务的定时执行。

优点：可按不同周期调度任务；
缺点：任务依赖定时器中断，时间精度有限，且任务执行时间过长会影响定时器周期。

1.3 基于状态机

将复杂任务拆分为多个状态，每次仅执行一个状态的代码，减少单个任务的执行时间，降低对其他任务的阻塞。

喂一口饭” 拆分为 “舀饭→喂饭→舀菜→喂菜”4 个状态，每次执行 1 个状态；

“回一个信息” 拆分为 “查看信息→打字→发送”3 个状态，每次执行 1 个状态。

优点：缩短单次任务执行时间，提高系统响应速度；

缺点：状态拆分和管理复杂，不适合多任务优先级差异大的场景。

2.多任务系统（RTOS 的核心）

RTOS 通过任务调度器实现多任务的 “并发”（宏观上同时运行，微观上按优先级切换），解决了裸机模式的局限性。

2.1 多任务模式：每个任务独立运行，由 RTOS 调度器按优先级分配 CPU 时间；

2.2 互斥操作：解决多个任务对共享资源（如硬件外设）的冲突访问；

2.3 同步操作：实现任务间的协作（如一个任务完成后触发另一个任务）。

3.创建FreeRTOS工程

1. 工程配置步骤

选择芯片型号及 FreeRTOS 版本（如基于 CMSIS V2 接口）；

配置核心参数（如任务栈大小、优先级范围、定时器频率等）；

添加任务：通过工程配置界面设置任务名称、优先级、栈大小及入口函数。

配置参数

添加任务

优先级：osPriorityNormal 表示正常优先级，数值越高，任务越优先执行；

栈大小：需根据任务实际内存需求设置，避免栈溢出；

分配方式：动态分配由 RTOS 管理内存，静态分配需手动指定内存块。

第二天：FreeRTOS 任务创建与内存管理

1.创建一个多任务程序

1. 任务函数定义

任务函数需遵循 RTOS 的标准格式，即void 任务名

(void *argument)，通过while(1)循环使任务持续运行。

void *argument：用于传递任务创建时的参数（此处为 NULL，无参数）；

while(1)：确保任务不会退出，持续响应调度器的调用。

1. 任务创建 API：xTaskCreate

FreeRTOS 通过xTaskCreate函数创建任务

任务名称 :“myfirsttask” 用于调试工具识别；

栈大小 :128（单位通常为字节或字，需根据芯片架构确认）；

优先级 osPriorityNormal：正常优先级，可根据需求调整为更高或更低；

最后一个参数为 NULL，表示不保存任务句柄（若需后续挂起 / 删除任务，需传入句柄指针）

这样调用是为了让 RTOS 能识别、调度运行 MyTask 任务，实现 LED 操作的持续执行，契合实时系统多任务并发的需求 。

2.了解了什么是堆，栈

 在 RTOS 中，任务的内存管理依赖堆和栈，二者的区别与作用如下：

1.栈（Stack）

也是一个内存空间，cpu的SP寄存器指向它，它可以用来，函数调用，局部变量，多任务系统里保存现场。

2. 堆（Heap）

是一个内存空间，可以从中分配一个小的buffer,用完后再放回去。

假设你有一块 1024 格的方格纸（heap_buf[1024]），用来记录各种信息。每次有人需要写东西时，你要给他分配一些格子。为了知道哪些格子已经被用了，你用一个 标记笔（pos）记录下当前最后一个被占用的格子位置。

当有人说："我需要 100 个格子写东西！"（my_malloc(100)），你会：

看一下标记笔现在指在哪里（old_pos = pos）。

把标记笔往后移动 100 格（pos += 100）。

告诉对方："从原来标记的位置开始，往后 100 格都是你的！"

（return &heap_buf[old_pos]）

释放空间 ，就是格子用完了，这些格子可以释放了

就是要了100个格子，在一百个格子里装上A-Z

附录

学习资源

韦东山老师课程链接：[具体课程地址]

FreeRTOS 官方文档：https://www.freertos.org/

百问网 FreeRTOS 教程：https://rtos.100ask.net/