學RTOS從配置文件開始!
最近有小伙伴問:學RTOS從哪里開始?這個問題說簡單也簡單,說難也難,因為每個人掌握的基礎不同,自然,從哪里開始學起也各有不同。首先你要去了解RTOS相關的一些基礎知識,然后再下載源碼實踐運行,跑起來!接下來真正入門的第一步,大概率還得從“配置”文件開始,這里的配置,可以理解為大家說的“裁剪系統(tǒng)”及相關的一些配置。
本文引用地址:http://2s4d.com/article/202412/465754.htm比如 FreeRTOS 中“FreeRTOSConfig.h”配置文件:
當然,配置文件是你已經具備一定基礎知識,上手源碼第一步要掌握的內容。不僅僅是 FreeRTOS,其他μCOS、RT-Thread,甚至Linux都是從配置開啟第一步的。
可能會有老鐵說,使用STM32CubeMX配置FreeRTOS,就不用修改(配置)FreeRTOSConfig.h文件?這么說吧,第三方工具圖形化配置,也會牽涉到配置文件,而且僅僅是基礎的配置,你要做項目還是會修改配置文件。通過第三方配置工具,你不會真正掌握RTOS底層原理,后期做項目你會發(fā)現很困難。
FreeRTOS配置文件常見內容
本文結合流程的FreeRTOS給大家講講其中配置文件的內容。FreeRTOS配置文件看起來有點多,但它都有分類,多了解一下,你會發(fā)現理解起來也不是很難。
通用配置
通用配置基本配置,就是需要我們定義的一些配置,也是比較重要的配置。
1.configUSE_PREEMPTION調度模式配置
配置為0:合作式調度,即時間片輪流執(zhí)行;
配置為1:搶占式調度,即優(yōu)先級高的任務搶先執(zhí)行;
由于我們要求實時響應,就配置為1,使用搶占式調度方式。否則就發(fā)揮不到實時操作系統(tǒng)的作用。
2.configCPU_CLOCK_HZ
CPU時鐘,就是我們常說的主頻。注意:單位是Hz。
如:STM32F407主頻為168M
#define configCPU_CLOCK_HZ (168000000)
3.configTICK_RATE_HZ
系統(tǒng)滴答,即系統(tǒng)每秒鐘滴答的次數,可以說是系統(tǒng)的心跳,但需要和主頻區(qū)分開來。系統(tǒng)滴答的值要根據CPU主頻來看,一般主頻越高,取值相對越大,一般在100至1000之間。
簡單舉例:系統(tǒng)滴答決定vTaskDelay。
比如:
#define configTICK_RATE_HZ (1000)
則:vTaskDelay(1000),表示延時1S。
4.configMAX_PRIORITIES
系統(tǒng)最大優(yōu)先級值:我們創(chuàng)建任務是,配置的優(yōu)先級值不能超過這個最大值。
xTaskCreate(vAppTask1, "Task1", TASK1_STACK_SIZE, NULL, TASK1_PRIORITY, NULL);
提示:
a.系統(tǒng)優(yōu)先級和中斷優(yōu)先級原理類似,高優(yōu)先級的會搶在低優(yōu)先級的前面,但需要區(qū)分系統(tǒng)和中斷優(yōu)先級的應用場景。
b.FreeRTOS中優(yōu)先級數值越大,優(yōu)先級越高。而UCOS則相反。
5.configMINIMAL_STACK_SIZE
最小堆棧值:在系統(tǒng)中,一般用于空閑、定時等一些系統(tǒng)任務中,當然,我們有些地方也可以使用這個定義的堆棧值。
注意數值的單位,一般在ARM中為4個字節(jié)。
6.configTOTAL_HEAP_SIZE
系統(tǒng)總共堆(棧)大小:我們需要根據需要使用的情況定義這個值。不能定義太小,太小內存容易溢出;也不能定義太大,有些芯片RAM本身就不大(有些就只有幾K),如果太大我們就沒法定義太多全局變量,或分配其他堆??臻g。
7.configMAX_TASK_NAME_LEN
任務名稱最大長度:也就是創(chuàng)建任務定義任務名稱的字符串長度。
xTaskCreate(vAppTask1, "Task1", TASK1_STACK_SIZE, NULL, TASK1_PRIORITY, NULL);
提示:結束符 '?'也包含在內。
8.configUSE_16_BIT_TICKS
是否使用16位滴答計數值
配置為0:則使用32位的滴答計數值,一般在32位處理器中都是配置為0;
配置為1:則使用16位的滴答計數值,一般8位或者16位處理器中配置為1。
9.configIDLE_SHOULD_YIELD
是否讓空閑任務“放棄”搶占:也就是說在執(zhí)行與空閑任務相同優(yōu)先級的任務過程中,空閑任務是否具有搶占的機會。
配置為0:不放棄搶占;
配置為1:放棄搶占;
10.configUSE_MUTEXES
是否使用互斥鎖
配置為0:不使用
配置為1:使用
提示:互斥鎖也叫互斥信號量,也就是說對資源“加鎖”。它的作用是實現多任務間共享資源的獨占式處理。簡單的說,就是某個資源在某一時刻只允許一個任務處理,處理完之后才允許其他任務處理該資源。
比如:A任務優(yōu)先級高,B任務優(yōu)先級低;AB任務都會使用一個串口發(fā)送指令數據,(即每次必須發(fā)送完成,不能發(fā)送到一半就被打斷)。
當B任務正在發(fā)送數據時,A任務處于就緒狀態(tài)(要打斷B任務)。那么B任務就需要使用互斥鎖占有該串口(加鎖,占有該資源),等發(fā)送完指令,就釋放該串口(開鎖,釋放該資源)。一旦釋放了該資源,A任務就可以使用該串口(資源)了。
11.configUSE_RECURSIVE_MUTEXES
是否使用遞歸互斥鎖
配置為0:不使用
配置為1:使用
13.configQUEUE_REGISTRY_SIZE(*)
可添加(或登記)隊列名的數量:這個配置信息不好翻譯,它主要結合vQueueAddToRegistry與vQueueUnregisterQueue這兩個函數使用。
直接上函數接口:
void vQueueAddToRegistry(QueueHandle_t xQueue, const char *pcQueueName); void vQueueUnregisterQueue(QueueHandle_t xQueue);
從函數接口可以知道,一個函數是登記(已經創(chuàng)建的)隊列的名稱;一個函數是注銷隊列的名稱;其實,主要目的就是給(已經創(chuàng)建的)隊列取名,方便調試查找。
提示:很多初學者理解為“可創(chuàng)建隊列的最大數”,這個配置參數與其完全不一樣的概念。
14.configUSE_QUEUE_SETS(*)
是否使用消息隊列“SET”功能
配置為0:不使用
配置為1:使用
15.configUSE_TIME_SLICING
是否使用時間片進行調度:這個參數結合上面第1各配置參數configUSE_PREEMPTION一起使用。這個配置參數是在后面新版本增加的,好像在V7版本之前是沒有這個配置參數。所以,在FreeRTOSConfig.h配置文件中默認是沒有的,而是定義在FreeRTOS.h中。
#ifndef configUSE_TIME_SLICING #define configUSE_TIME_SLICING 1 #endif
HOOK配置
1.configUSE_IDLE_HOOK
是否定義IDLE空閑任務HOOK函數
配置為0:不定義
配置為1:定義
configUSE_IDLE_HOOK是系統(tǒng)設計之初就有的,必須在“FreeRTOSConfig.h”中宏定義。不像有些宏定義可以不在“FreeRTOSConfig.h”中定義,因為它們在“FreeRTOS.h”有判斷是否定義了,如果沒有定義,會有一個默認的定義。
比如:“configUSE_MUTEXES”可以不在“FreeRTOSConfig.h”中定義,而在“FreeRTOS.h”中可以看到如下一段代碼:
#ifndef configUSE_MUTEXES #define configUSE_MUTEXES 0 #endif
也就是說,如果沒有定義,它會默認給你定義。
回來說configUSE_IDLE_HOOK,在task.c文件中,有如下一段代碼:
#if (configUSE_IDLE_HOOK == 1) { extern void vApplicationIdleHook(void); vApplicationIdleHook(); } #endif
意思是說:如果你配置configUSE_IDLE_HOOK為1,那么你就必須要實現“vApplicationIdleHook()”這個函數,否則編譯會出錯。初學者默認不定義該函數。
2.configUSE_TICK_HOOK
是否定義TICK滴答HOOK函數
配置為0:不定義
配置為1:定義
在task.c文件中的xTaskIncrementTick函數下可以看見如下代碼:
#if (configUSE_TICK_HOOK == 1) { if(uxPendedTicks == (UBaseType_t) 0U) { vApplicationTickHook(); } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); } } #endif
提示:xTaskIncrementTick函數是在PendSV_Handler中斷函數中被調用的。因此,vApplicationTickHook()函數執(zhí)行的時間必須很短才行。
3.configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW
是否定義棧溢出HOOK函數
配置為0:不定義
配置為1:定義
這個配置比較關鍵和重要,特別對于復雜的系統(tǒng)設計,代碼量比較大那種工程,使用該功能,可以幫你分析是否有內存越界的情況。
4.configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK
是否定義內存分配失敗HOOK函數
配置為0:不定義
配置為1:定義
我們創(chuàng)建任務、信號量、隊列等都需要耗費系統(tǒng)堆棧,如果我們對系統(tǒng)總共分配堆棧不夠多,在創(chuàng)建多個任務或隊列時容易分配失敗,這個時候就起到一個提示作用。
5.configUSE_DAEMON_TASK_STARTUP_HOOK
是否定義守護進程HOOK函數
配置為0:不定義
配置為1:定義
通過分析軟件源代碼可以發(fā)現,這個HOOK函數是在TIMER任務下面實現的,所以需要配置configUSE_TIMERS為1。
TIMERS配置
TIMER即定時器,在RTOS中的TIMER屬于軟件定時。FreeRTOS的定時器精度不高,會隨著定時的增加而改變,特別是TIMER任務優(yōu)先級較低,高優(yōu)先級占用資源的情況下。
若要使用高精度的定時,還是最后使用硬件的定時器(現在處理器一般都有多個硬件TIMER)。
1.configUSE_TIMERS是否使用軟件定時器
配置為0:不使用
配置為1:使用
其他許多相關的功能都需要結合該配置才能使用,使用時需要注意是否關聯(lián)。
2.configTIMER_TASK_PRIORITY
軟件定時器任務優(yōu)先級:軟件定時器其實也是需要創(chuàng)建一個任務,創(chuàng)建方式和我們常規(guī)的一樣,只是它是有系統(tǒng)內核完成,不用我們自己寫創(chuàng)建任務代碼。
這里的這個優(yōu)先級就是定時器任務的優(yōu)先級。
3.configTIMER_QUEUE_LENGTH
軟件定時器命令隊列長度:關于TIMER的命令隊列牽涉的知識相對復雜點,后期進一步講述,可看下圖:
4.configTIMER_TASK_STACK_DEPTH
分配給軟件定時器的堆棧空間
CO_ROUTINES配置
CO_ROUTINES這個不好翻譯,網上都叫協(xié)同程序,或者合作程序,理解為協(xié)同一起使用的程序,后期結合應用講述。
1.configUSE_CO_ROUTINES
是否使用CO_ROUTINES
配置為0:不使用
配置為1:使用
2.configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES
CO_ROUTINE優(yōu)先級
MEMORY配置
內存分配相關的配置,這里的配置與heap_x.c有關,后面會再次進行講述。
1.configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION
是否支持靜態(tài)分配
配置為0:不支持
配置為1:支持
2.configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION
是否支持動態(tài)分配
配置為0:不支持
配置為1:支持
3.configTOTAL_HEAP_SIZE
分配給系統(tǒng)的堆棧:創(chuàng)建任務,堆棧,靜態(tài)、動態(tài)都分配的內存都來自這里。
4.configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP
APP使用哪里分配的堆
配置為0:使用系統(tǒng)分配的堆
配置為1:使用外部分配的堆
#if(configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP == 1 ) extern uint8_t ucHeap[configTOTAL_HEAP_SIZE]; #else static uint8_t ucHeap[configTOTAL_HEAP_SIZE]; #endif
RUN_TIME_STATS配置
運行時信息統(tǒng)計配置
1.configGENERATE_RUN_TIME_STATS
是否生成統(tǒng)計信息
配置為0:否
配置為1:是
2.configUSE_TRACE_FACILITY
是否協(xié)助執(zhí)行可視化和跟蹤
配置為0:否
配置為1:是
這里會添加額外的結構體來實現。
3.configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS
是否統(tǒng)計相關的功能
配置為0:否
配置為1:是
設置宏configUSE_TRACE_FACILITY和configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS為1會編譯vTaskList()和vTaskGetRunTimeStats()函數。如果將這兩個宏任意一個設置為0,上述兩個函數不會被編譯。
其他配置
這里簡單綜合講述一下各項配置
1.configASSERT
斷言配置
2.Interrupt相關
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY:內核中斷優(yōu)先級
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY:系統(tǒng)調用最大的優(yōu)先級
configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY:API調用的最大優(yōu)先級
這一節(jié)與(Cortex)內核硬件中斷有關。
3.INCLUDE配置
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet #define INCLUDE_uxTaskPriorityGet #define INCLUDE_vTaskDelete
這里給大家分享了常見的一些配置內容,要深入理解并掌握,還是需要自己多動手修改代碼驗證才行。
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