學(xué)RTOS從配置文件開始！

最近有小伙伴問：學(xué)RTOS從哪里開始？這個(gè)問題說簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單，說難也難，因?yàn)槊總€(gè)人掌握的基礎(chǔ)不同，自然，從哪里開始學(xué)起也各有不同。首先你要去了解RTOS相關(guān)的一些基礎(chǔ)知識(shí)，然后再下載源碼實(shí)踐運(yùn)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(guān)的一些配置。

比如 FreeRTOS 中“FreeRTOSConfig.h”配置文件：

當(dāng)然，配置文件是你已經(jīng)具備一定基礎(chǔ)知識(shí)，上手源碼第一步要掌握的內(nèi)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(huì)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(huì)牽涉到配置文件，而且僅僅是基礎(chǔ)的配置，你要做項(xiàng)目還是會(huì)修改配置文件。通過第三方配置工具，你不會(huì)真正掌握RTOS底層原理，后期做項(xiàng)目你會(huì)發(fā)現(xiàn)很困難。

FreeRTOS配置文件常見內(nèi)容

本文結(jié)合流程的FreeRTOS給大家講講其中配置文件的內(nèi)容。FreeRTOS配置文件看起來有點(diǎn)多，但它都有分類，多了解一下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)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(diào)度模式配置

配置為0：合作式調(diào)度，即時(shí)間片輪流執(zhí)行；

配置為1：搶占式調(diào)度，即優(yōu)先級(jí)高的任務(wù)搶先執(zhí)行；

由于我們要求實(shí)時(shí)響應(yīng)，就配置為1，使用搶占式調(diào)度方式。否則就發(fā)揮不到實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的作用。

2.configCPU_CLOCK_HZ

CPU時(shí)鐘，就是我們常說的主頻。注意：?jiǎn)挝皇荋z。

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(shù)，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(jù)CPU主頻來看，一般主頻越高，取值相對(duì)越大，一般在100至1000之間。

簡(jiǎn)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(shí)1S。

4.configMAX_PRIORITIES

系統(tǒng)最大優(yōu)先級(jí)值：我們創(chuàng)建任務(wù)是，配置的優(yōu)先級(jí)值不能超過這個(gè)最大值。

xTaskCreate(vAppTask1, "Task1", TASK1_STACK_SIZE, NULL, TASK1_PRIORITY, NULL);

提示：

a.系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)和中斷優(yōu)先級(jí)原理類似，高優(yōu)先級(jí)的會(huì)搶在低優(yōu)先級(jí)的前面，但需要區(qū)分系統(tǒng)和中斷優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用場(chǎng)景。

b.FreeRTOS中優(yōu)先級(jí)數(shù)值越大，優(yōu)先級(jí)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(shí)等一些系統(tǒng)任務(wù)中，當(dāng)然，我們有些地方也可以使用這個(gè)定義的堆棧值。

注意數(shù)值的單位，一般在ARM中為4個(gè)字節(jié)。

6.configTOTAL_HEAP_SIZE

系統(tǒng)總共堆（棧）大小：我們需要根據(jù)需要使用的情況定義這個(gè)值。不能定義太小，太小內(nèi)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(wù)名稱最大長(zhǎng)度：也就是創(chuàng)建任務(wù)定義任務(wù)名稱的字符串長(zhǎng)度。

xTaskCreate(vAppTask1, "Task1", TASK1_STACK_SIZE, NULL, TASK1_PRIORITY, NULL);

提示：結(jié)束符 '?'也包含在內(nèi)。

8.configUSE_16_BIT_TICKS

是否使用16位滴答計(jì)數(shù)值

配置為0：則使用32位的滴答計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)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(wù)“放棄”搶占：也就是說在執(zhí)行與空閑任務(wù)相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)過程中，空閑任務(wù)是否具有搶占的機(jī)會(huì)。

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(hào)量，也就是說對(duì)資源“加鎖”。它的作用是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)間共享資源的獨(dú)占式處理。簡(jiǎn)單的說，就是某個(gè)資源在某一時(shí)刻只允許一個(gè)任務(wù)處理，處理完之后才允許其他任務(wù)處理該資源。

比如：A任務(wù)優(yōu)先級(jí)高，B任務(wù)優(yōu)先級(jí)低；AB任務(wù)都會(huì)使用一個(gè)串口發(fā)送指令數(shù)據(jù)，（即每次必須發(fā)送完成，不能發(fā)送到一半就被打斷）。

當(dāng)B任務(wù)正在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，A任務(wù)處于就緒狀態(tài)（要打斷B任務(wù)）。那么B任務(wù)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(wù)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(duì)列名的數(shù)量：這個(gè)配置信息不好翻譯，它主要結(jié)合vQueueAddToRegistry與vQueueUnregisterQueue這兩個(gè)函數(shù)使用。

直接上函數(shù)接口：

void vQueueAddToRegistry(QueueHandle_t xQueue, const char *pcQueueName);
void vQueueUnregisterQueue(QueueHandle_t xQueue);

從函數(shù)接口可以知道，一個(gè)函數(shù)是登記（已經(jīng)創(chuàng)建的）隊(duì)列的名稱；一個(gè)函數(shù)是注銷隊(duì)列的名稱；其實(shí)，主要目的就是給（已經(jīng)創(chuàng)建的）隊(duì)列取名，方便調(diào)試查找。

提示：很多初學(xué)者理解為“可創(chuàng)建隊(duì)列的最大數(shù)”，這個(gè)配置參數(shù)與其完全不一樣的概念。

14.configUSE_QUEUE_SETS（*）

是否使用消息隊(duì)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(shí)間片進(jìn)行調(diào)度：這個(gè)參數(shù)結(jié)合上面第1各配置參數(shù)configUSE_PREEMPTION一起使用。這個(gè)配置參數(shù)是在后面新版本增加的，好像在V7版本之前是沒有這個(gè)配置參數(shù)。所以，在FreeRTOSConfig.h配置文件中默認(rèn)是沒有的，而是定義在FreeRTOS.h中。

#ifndef configUSE_TIME_SLICING  
#define configUSE_TIME_SLICING 1
#endif

1.configUSE_IDLE_HOOK

是否定義IDLE空閑任務(wù)HOOK函數(shù)

配置為0：不定義

配置為1：定義

configUSE_IDLE_HOOK是系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?yàn)樗鼈冊(cè)凇癋reeRTOS.h”有判斷是否定義了，如果沒有定義，會(huì)有一個(gè)默認(rèn)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(huì)默認(rèn)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(shí)現(xiàn)“vApplicationIdleHook()”這個(gè)函數(shù)，否則編譯會(huì)出錯(cuò)。初學(xué)者默認(rèn)不定義該函數(shù)。

2.configUSE_TICK_HOOK

是否定義TICK滴答HOOK函數(shù)

配置為0：不定義

配置為1：定義

在task.c文件中的xTaskIncrementTick函數(shù)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(shù)是在PendSV_Handler中斷函數(shù)中被調(diào)用的。因此，vApplicationTickHook()函數(shù)執(zhí)行的時(shí)間必須很短才行。

3.configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW

是否定義棧溢出HOOK函數(shù)

配置為0：不定義

配置為1：定義

這個(gè)配置比較關(guān)鍵和重要，特別對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(nèi)存越界的情況。

4.configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK

是否定義內(nèi)存分配失敗HOOK函數(shù)

配置為0：不定義

配置為1：定義

我們創(chuàng)建任務(wù)、信號(hào)量、隊(duì)列等都需要耗費(fèi)系統(tǒng)堆棧，如果我們對(duì)系統(tǒng)總共分配堆棧不夠多，在創(chuàng)建多個(gè)任務(wù)或隊(duì)列時(shí)容易分配失敗，這個(gè)時(shí)候就起到一個(gè)提示作用。

5.configUSE_DAEMON_TASK_STARTUP_HOOK

是否定義守護(hù)進(jìn)程HOOK函數(shù)

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(xiàn)，這個(gè)HOOK函數(shù)是在TIMER任務(wù)下面實(shí)現(xiàn)的，所以需要配置configUSE_TIMERS為1。

TIMER即定時(shí)器，在RTOS中的TIMER屬于軟件定時(shí)。FreeRTOS的定時(shí)器精度不高，會(huì)隨著定時(shí)的增加而改變，特別是TIMER任務(wù)優(yōu)先級(jí)較低，高優(yōu)先級(jí)占用資源的情況下。

若要使用高精度的定時(shí)，還是最后使用硬件的定時(shí)器（現(xiàn)在處理器一般都有多個(gè)硬件TIMER）。

1.configUSE_TIMERS是否使用軟件定時(shí)器

配置為0：不使用

配置為1：使用

其他許多相關(guān)的功能都需要結(jié)合該配置才能使用，使用時(shí)需要注意是否關(guān)聯(lián)。

2.configTIMER_TASK_PRIORITY

軟件定時(shí)器任務(wù)優(yōu)先級(jí)：軟件定時(shí)器其實(shí)也是需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)任務(wù)，創(chuàng)建方式和我們常規(guī)的一樣，只是它是有系統(tǒng)內(nèi)核完成，不用我們自己寫創(chuàng)建任務(wù)代碼。

這里的這個(gè)優(yōu)先級(jí)就是定時(shí)器任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。

3.configTIMER_QUEUE_LENGTH

軟件定時(shí)器命令隊(duì)列長(zhǎng)度：關(guān)于TIMER的命令隊(duì)列牽涉的知識(shí)相對(duì)復(fù)雜點(diǎn)，后期進(jìn)一步講述，可看下圖：

4.configTIMER_TASK_STACK_DEPTH

分配給軟件定時(shí)器的堆?？臻g

CO_ROUTINES配置

CO_ROUTINES這個(gè)不好翻譯，網(wǎng)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(jié)合應(yīng)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(jí)

MEMORY配置

內(nèi)存分配相關(guān)的配置，這里的配置與heap_x.c有關(guān)，后面會(huì)再次進(jìn)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(dòng)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(wù)，堆棧，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)都分配的內(nèi)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

運(yùn)行時(shí)信息統(tǒng)計(jì)配置

1.configGENERATE_RUN_TIME_STATS

是否生成統(tǒng)計(jì)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(huì)添加額外的結(jié)構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)。

3.configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS

是否統(tǒng)計(jì)相關(guān)的功能

配置為0：否

配置為1：是

設(shè)置宏configUSE_TRACE_FACILITY和configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS為1會(huì)編譯vTaskList()和vTaskGetRunTimeStats()函數(shù)。如果將這兩個(gè)宏任意一個(gè)設(shè)置為0，上述兩個(gè)函數(shù)不會(huì)被編譯。

其他配置

這里簡(jiǎn)單綜合講述一下各項(xiàng)配置

1.configASSERT

斷言配置

2.Interrupt相關(guān)

configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY：內(nèi)核中斷優(yōu)先級(jí)

configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY：系統(tǒng)調(diào)用最大的優(yōu)先級(jí)

configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY：API調(diào)用的最大優(yōu)先級(jí)

這一節(jié)與（Cortex）內(nèi)核硬件中斷有關(guān)。

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(nèi)容，要深入理解并掌握，還是需要自己多動(dòng)手修改代碼驗(yàn)證才行。