FreeRTOS嵌入式實(shí)時(shí)操作系統開(kāi)發(fā)介紹

　　IES而是從ucTopReady-Priority開(kāi)始搜索。這就加快了搜索的速度，同時(shí)縮短了內核關(guān)斷時(shí)間。

　　2.2 任務(wù)管理的實(shí)現

　　實(shí)現多個(gè)任務(wù)的有效管理是操作系統的主要功能。FreeRTOS下可實(shí)現創(chuàng )建任務(wù)、刪除任務(wù)、掛起任務(wù)、恢復任務(wù)、設定任務(wù)優(yōu)先級、獲得任務(wù)相關(guān)信息等功能。下面主要討論FreeRTOS下任務(wù)創(chuàng )建和任務(wù)刪除的實(shí)現。當調用sTaskCreate()函數創(chuàng )建一個(gè)新的任務(wù)時(shí)，FreeRTOS首先為新任務(wù)分配所需的內存。若內存分配成功，則初始化任務(wù)控制塊的任務(wù)名稱(chēng)、堆棧深度和任務(wù)優(yōu)先級，然后根據堆棧的增長(cháng)方向初始化任務(wù)控制塊的堆棧。接著(zhù)，FreeRTOS把當前創(chuàng )建的任務(wù)加入到就緒任務(wù)鏈表。若當前此任務(wù)的優(yōu)先級為最高，則把此優(yōu)先級賦值給變量ucTopReadyPriorlty(其作用見(jiàn)2.1節)。若任務(wù)調度程序已經(jīng)運行且當前創(chuàng )建的任務(wù)優(yōu)先級為最高，則進(jìn)行任務(wù)切換。

　　不同于μC/OS—II，FreeRTOS下任務(wù)刪除分兩步進(jìn)行。當用戶(hù)調用vTaskDelete()函數后，執行任務(wù)刪除的第一步：FreeRTOS先把要刪除的任務(wù)從就緒任務(wù)鏈表和事件等待鏈表中刪除，然后把此任務(wù)添加到任務(wù)刪除鏈表，若刪除的任務(wù)是當前運行任務(wù)，系統就執行任務(wù)調度函數，至此完成任務(wù)刪除的第一步。當系統空閑任務(wù)即prvldleTask()函數運行時(shí)，若發(fā)現任務(wù)刪除鏈表中有等待刪除的任務(wù)，則進(jìn)行任務(wù)刪除的第二步，即釋放該任務(wù)占用的內存空間，并把該任務(wù)從任務(wù)刪除鏈表中刪除，這樣才徹底刪除了這個(gè)任務(wù)。值得注意的是，在FreeRTOS中，當系統被配置為不可剝奪內核時(shí)，空閑任務(wù)還有實(shí)現各個(gè)任務(wù)切換的功能。

　　通過(guò)比較μC/OS-II和FreeRTOS的具體代碼發(fā)現，采用兩步刪除的策略有利于減少內核關(guān)斷時(shí)間，減少任務(wù)刪除函數的執行時(shí)間，尤其是當刪除多個(gè)任務(wù)的時(shí)候。

　　2.3 時(shí)間管理的實(shí)現

　　FreeRTOS提供的典型時(shí)間管理函數是vTaskDelay()，調用此函數可以實(shí)現將任務(wù)延時(shí)一段特定時(shí)間的功能。在FreeRT0S中，若一個(gè)任務(wù)要延時(shí)xTicksToDelay個(gè)時(shí)鐘節拍，系統內核會(huì )把當前系統已運行的時(shí)鐘節拍總數(定義為xTickCount，32位長(cháng)度)加上x(chóng)TicksToDelay得到任務(wù)下次喚醒時(shí)的時(shí)鐘節拍數xTimeToWake。然后，內核把此任務(wù)的任務(wù)控制塊從就緒鏈表中刪除，把xTimeToWake作為結點(diǎn)值賦予任務(wù)的xItemValue，再根據xTimeToWake的值把任務(wù)控制塊按照順序插入不同的鏈表。若xTimeToWake > xTickCount，即計算中沒(méi)有出現溢出，內核把任務(wù)控制塊插入到pxDelayedTaskList鏈表;若xTimeToWak e xTickCount，即在計算過(guò)程中出現溢出，內核把任務(wù)控制塊插入到pxOverflowDelayed-Taskust鏈表。

　　每發(fā)生一個(gè)時(shí)鐘節拍，內核就會(huì )把當前的xTick-Count加1。若xTickCount的結果為0，即發(fā)生溢出，內核會(huì )把pxOverflowDelayedTaskList作為當前鏈表;否則，內核把pxDelaycdTaskList作為當前鏈表。內核依次比較xTickCotlrtt和鏈表各個(gè)結點(diǎn)的xTimcToWake。若xTick-Count等于或大于xTimeToWake，說(shuō)明延時(shí)時(shí)間已到，應該把任務(wù)從等待鏈表中刪除，加入就緒鏈表。

　　由此可見(jiàn)，不同于μC/OS—II，FreeRTOS采用“加”的方式實(shí)現時(shí)間管理。其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間節拍函數的執行時(shí)間與任務(wù)數量基本無(wú)關(guān)，而μC/OS—II的OSTimcTick()的執行時(shí)間正比于應用程序中建立的任務(wù)數。因此當任務(wù)較多時(shí)，FreeRTOS采用的時(shí)間管理方式能有效加快時(shí)鐘節拍中斷程序的執行速度。

　　2.4 內存分配策略

　　每當任務(wù)、隊列和信號量創(chuàng )建的時(shí)候，FreeRTOS要求分配一定的RAM。雖然采用malloc()和free()函數可以實(shí)現申請和釋放內存的功能，但這兩個(gè)函數存在以下缺點(diǎn)：并不是在所有的嵌入式系統中都可用，要占用不定的程序空間，可重人性欠缺以及執行時(shí)間具有不可確定性。為此，除了可采用malloc()和free()函數外，FreeRTOS還提供了另外兩種內存分配的策略，用戶(hù)可以根據實(shí)際需要選擇不同的內存分配策略。

　　第1種方法是，按照需求內存的大小簡(jiǎn)單地把一大塊內存分割為若干小塊，每個(gè)小塊的大小對應于所需求內存的大小。這樣做的好處是比較簡(jiǎn)單，執行時(shí)間可嚴格確定，適用于任務(wù)和隊列全部創(chuàng )建完畢后再進(jìn)行內核調度的系統;這樣做的缺點(diǎn)是，由于內存不能有效釋放，系統運行時(shí)應用程序并不能實(shí)現刪除任務(wù)或隊列。

　　第2種方法是，采用鏈表分配內存，可實(shí)現動(dòng)態(tài)的創(chuàng )建、刪除任務(wù)或隊列。系統根據空閑內存塊的大小按從小到大的順序組織空閑內存鏈表。當應用程序申請一塊內存時(shí)，系統根據申請內存的大小按順序搜索空閑內存鏈表，找到滿(mǎn)足申請內存要求的最小空閑內存塊。為了提高內存的使用效率，在空閑內存塊比申請內存大的情況下，系統會(huì )把此空閑內存塊一分為二。一塊用于滿(mǎn)足申請內存的要求，一塊作為新的空閑內存塊插入到鏈表中。

　　下面以圖2為例介紹方法2的實(shí)現。假定用于動(dòng)態(tài)分配的RAM共有8KB，系統首先初始化空閑內存塊鏈表，把8KB RAM全部作為一個(gè)空閑內存塊。當應用程序分別申請1KB和2KB內存后，空閑內存塊的大小變?yōu)?KB3。2KB的內存使用完畢后，系統需要把2KB插入到現有的空閑內存塊鏈表。由于2 KB5KB，所以把這2 KB插入5KB的內存塊之前。若應用程序又需要申請3 KB的內存，而在空閑內存塊鏈表中能滿(mǎn)足申請內存要求的最小空閑內存塊為5KB，因此把5KB內存拆分為2部分，3KB部分用于滿(mǎn)足申請內存的需要，2KB部分作為新的空閑內存塊插入鏈表。隨后1KB的內存使用完畢需要釋放，系統會(huì )按順序把1KB內存插入到空閑內存鏈表中。