#|FreeRTOS（1）---FreeRTOS 内核配置说明 FreeRTOS|FreeRTOS

FreeRTOS 内核配置说明

FreeRTOS 内核配置

FreeRTOS 配置文件
FreeRTOS 配置说明

文章由 FreeRTOS 系列博客整理而来，仅为学习记录，如有不妥，请告知。

FreeRTOS 内核配置 FreeRTOS 内核是高度可定制的，使用配置文件 FreeRTOSConfig.h 进行定制。每个 FreeRTOS 应用都必须包含这个头文件，用户根据实际应用来裁剪定制 FreeRTOS 内核。这个配置文件是针对用户程序的，而非内核，因此配置文件一般放在应用程序目录下，不要放在 RTOS 内核源码目录下。
在下载的 FreeRTOS 文件包中，每个演示例程都有一个 FreeRTOSConfig.h 文件。有些例程的配置文件是比较旧的版本，可能不会包含所有有效选项。如果没有在配置文件中指定某个选项，那么 RTOS 内核会使用默认值。典型的 FreeRTOSConfig.h 配置文件定义如下所示，随后会说明里面的每一个参数。
FreeRTOS 配置文件

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H #define FREERTOS_CONFIG_H /*Here is a good place to include header files that are required across yourapplication. */ #include "something.h" #define configUSE_PREEMPTION1 #define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 0 #define configUSE_TICKLESS_IDLE0 #define configCPU_CLOCK_HZ60000000 #define configTICK_RATE_HZ250 #define configMAX_PRIORITIES5 #define configMINIMAL_STACK_SIZE128 #define configTOTAL_HEAP_SIZE10240 #define configMAX_TASK_NAME_LEN16 #define configUSE_16_BIT_TICKS0 #define configIDLE_SHOULD_YIELD1 #define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS1 #define configUSE_MUTEXES0 #define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES0 #define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES0 #define configUSE_ALTERNATIVE_API0/* Deprecated! */ #define configQUEUE_REGISTRY_SIZE10 #define configUSE_QUEUE_SETS0 #define configUSE_TIME_SLICING0 #define configUSE_NEWLIB_REENTRANT0 #define configENABLE_BACKWARD_COMPATIBILITY0 #define configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS 5 /*Hook function related definitions. */ #define configUSE_IDLE_HOOK0 #define configUSE_TICK_HOOK0 #define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW0 #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK0 /*Run time and task stats gathering related definitions. */ #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS0 #define configUSE_TRACE_FACILITY0 #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS0 /*Co-routine related definitions. */ #define configUSE_CO_ROUTINES0 #define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES1 /*Software timer related definitions. */ #define configUSE_TIMERS1 #define configTIMER_TASK_PRIORITY3 #define configTIMER_QUEUE_LENGTH10 #define configTIMER_TASK_STACK_DEPTHconfigMINIMAL_STACK_SIZE /*Interrupt nesting behaviour configuration. */ #define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY[dependent of processor] #define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY[dependent on processor and application] #define configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY[dependent on processor and application] /*Define to trap errors during development. */ #define configASSERT( ( x ) )if( ( x ) == 0) vAssertCalled( __FILE__, __LINE__ ) /*FreeRTOS MPU specific definitions. */ #define configINCLUDE_APPLICATION_DEFINED_PRIVILEGED_FUNCTIONS 0 /*Optional functions - most linkers will remove unused functions anyway. */ #define INCLUDE_vTaskPrioritySet1 #define INCLUDE_uxTaskPriorityGet1 #define INCLUDE_vTaskDelete1 #define INCLUDE_vTaskSuspend1 #define INCLUDE_xResumeFromISR1 #define INCLUDE_vTaskDelayUntil1 #define INCLUDE_vTaskDelay1 #define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState1 #define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle1 #define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark0 #define INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle0 #define INCLUDE_xTimerGetTimerDaemonTaskHandle0 #define INCLUDE_pcTaskGetTaskName0 #define INCLUDE_eTaskGetState0 #define INCLUDE_xEventGroupSetBitFromISR1 #define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall0 /* Aheader file that defines trace macro can be included here. */ #end if/* FREERTOS_CONFIG_H*/

FreeRTOS 配置说明

configUSE_PREEMPTION
为1时RTOS使用抢占式调度器，为0时RTOS使用协作式调度器（时间片）。

注：在多任务管理机制上，操作系统可以分为抢占式和协作式两种。协作式操作系统是任务主动释放CPU后，切换到下一个任务。任务切换的时机完全取决于正在运行的任务。
configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION
某些运行FreeRTOS的硬件有两种方法选择下一个要执行的任务：通用方法和特定于硬件的方法（以下简称“特殊方法”）。
通用方法：

configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 设置为 0 或者硬件不支持这种特殊方法。
可以用于所有 FreeRTOS 支持的硬件。
完全用 C 实现，效率略低于特殊方法。
不强制要求限制最大可用优先级数目
特殊方法：
并非所有硬件都支持。
必须将 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 设置为 1。
依赖一个或多个特定架构的汇编指令（一般是类似计算前导零[CLZ]指令）。
比通用方法更高效。
一般强制限定最大可用优先级数目为 32。

configUSE_TICKLESS_IDLE
设置 configUSE_TICKLESS_IDLE 为1使能低功耗 tickless 模式，为 0 保持系统节拍（tick）中断一直运行。
通常情况下，FreeRTOS 回调空闲任务钩子函数（需要设计者自己实现），在空闲任务钩子函数中设置微处理器进入低功耗模式来达到省电的目的。因为系统要响应系统节拍中断事件，因此使用这种方法会周期性的退出、再进入低功耗状态。如果系统节拍中断频率过快，则大部分电能和CPU时间会消耗在进入和退出低功耗状态上。
FreeRTOS的tickless空闲模式会在空闲周期时停止周期性系统节拍中断。停止周期性系统节拍中断可以使微控制器长时间处于低功耗模式。移植层需要配置外部唤醒中断，当唤醒事件到来时，将微控制器从低功耗模式唤醒。微控制器唤醒后，会重新使能系统节拍中断。由于微控制器在进入低功耗后，系统节拍计数器是停止的，但我们又需要知道这段时间能折算成多少次系统节拍中断周期，这就需要有一个不受低功耗影响的外部时钟源，即微处理器处于低功耗模式时它也在计时的，这样在重启系统节拍中断时就可以根据这个外部计时器计算出一个调整值并写入RTOS 系统节拍计数器变量中。
configUSE_IDLE_HOOK
设置为1使用空闲钩子（Idle Hook 类似于回调函数），0忽略空闲钩子。
当 RTOS 调度器开始工作后，为了保证至少有一个任务在运行，空闲任务被自动创建，占用最低优先级（0优先级）。对于已经删除的 RTOS 任务，空闲任务可以释放分配给它们的堆栈内存。因此，在应用中应该注意，使用 vTaskDelete() 函数时要确保空闲任务获得一定的处理器时间。除此之外，空闲任务没有其它特殊功能，因此可以任意的剥夺空闲任务的处理器时间。
应用程序也可能和空闲任务共享同个优先级。
空闲任务钩子是一个函数，这个函数由用户来实现，RTOS 规定了函数的名字和参数，这个函数在每个空闲任务周期都会被调用。
要创建一个空闲钩子：

设置 FreeRTOSConfig.h 文件中的 configUSE_IDLE_HOOK 为1；
定义一个函数，函数名和参数如下所示：

void vApplicationIdleHook(void );

这个钩子函数不可以调用会引起空闲任务阻塞的API函数（例如：vTaskDelay()、带有阻塞时间的队列和信号量函数），在钩子函数内部使用协程是被允许的。
使用空闲钩子函数设置CPU进入省电模式是很常见的。

configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK
每当一个任务、队列、信号量被创建时，内核使用一个名为pvPortMalloc()的函数来从堆中分配内存。官方的下载包中包含5个简单内存分配策略，分别保存在源文件heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c、heap_5.c中。仅当使用这五个简单策略之一时，宏configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK才有意义。
如果定义并正确配置malloc()失败钩子函数，则这个函数会在pvPortMalloc()函数返回NULL时被调用。只有FreeRTOS在响应内存分配请求时发现堆内存不足才会返回NULL。
如果宏configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK设置为1，那么必须定义一个malloc()失败钩子函数，如果宏configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK设置为0，malloc()失败钩子函数不会被调用，即便已经定义了这个函数。malloc()失败钩子函数的函数名和原型必须如下所示：

void vApplicationMallocFailedHook( void);
configUSE_TICK_HOOK
设置为1使用时间片钩子（Tick Hook），0忽略时间片钩子。

注：时间片钩子函数（Tick Hook Function）

【#|FreeRTOS（1）---FreeRTOS 内核配置说明】时间片中断可以周期性的调用一个被称为钩子函数（回调函数）的应用程序。时间片钩子函数可以很方便的实现一个定时器功能。
只有在FreeRTOSConfig.h中的configUSE_TICK_HOOK设置成1时才可以使用时间片钩子。一旦此值设置成1，就要定义钩子函数，函数名和参数如下所示：

void vApplicationTickHook( void );

vApplicationTickHook()函数在中断服务程序中执行，因此这个函数必须非常短小，不能大量使用堆栈，不能调用任何不是以”FromISR" 或 "FROM_ISR”结尾的API函数。
在FreeRTOSVx.x.x\FreeRTOS\Demo\Common\Minimal文件夹下的crhook.c文件中有使用时间片钩子函数的例程。
configCPU_CLOCK_HZ
写入实际的CPU内核时钟频率，也就是CPU指令执行频率，通常称为Fcclk。配置此值是为了正确的配置系统节拍中断周期。
configTICK_RATE_HZ
RTOS 系统节拍中断的频率。即一秒中断的次数，每次中断RTOS都会进行任务调度。
系统节拍中断用来测量时间，因此，越高的测量频率意味着可测到越高的分辨率时间。但是，高的系统节拍中断频率也意味着RTOS内核占用更多的CPU时间，因此会降低效率。RTOS演示例程都是使用系统节拍中断频率为1000HZ，这是为了测试RTOS内核，比实际使用的要高。（实际使用时不用这么高的系统节拍中断频率）
多个任务可以共享一个优先级，RTOS调度器为相同优先级的任务分享CPU时间，在每一个RTOS 系统节拍中断到来时进行任务切换。高的系统节拍中断频率会降低分配给每一个任务的“时间片”持续时间。
configMAX_PRIORITIES
配置应用程序有效的优先级数目。任何数量的任务都可以共享一个优先级，使用协程可以单独的给与它们优先权。见configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES。
在RTOS内核中，每个有效优先级都会消耗一定量的RAM，因此这个值不要超过你的应用实际需要的优先级数目。
注：任务优先级
每一个任务都会被分配一个优先级，优先级值从0~ （configMAX_PRIORITIES - 1）之间。低优先级数表示低优先级任务。空闲任务的优先级为0（tskIDLE_PRIORITY），因此它是最低优先级任务。
FreeRTOS调度器将确保处于就绪状态（Ready）或运行状态（Running）的高优先级任务比同样处于就绪状态的低优先级任务优先获取处理器时间。换句话说，处于运行状态的任务永远是高优先级任务。
处于就绪状态的相同优先级任务使用时间片调度机制共享处理器时间。
configMINIMAL_STACK_SIZE
定义空闲任务使用的堆栈大小。通常此值不应小于对应处理器演示例程文件FreeRTOSConfig.h中定义的数值。
就像xTaskCreate()函数的堆栈大小参数一样，堆栈大小不是以字节为单位而是以字为单位的，比如在32位架构下，栈大小为100表示栈内存占用400字节的空间。
configTOTAL_HEAP_SIZE
RTOS内核总计可用的有效的RAM大小。仅在你使用官方下载包中附带的内存分配策略时，才有可能用到此值。每当创建任务、队列、互斥量、软件定时器或信号量时，RTOS内核会为此分配RAM，这里的RAM都属于configTOTAL_HEAP_SIZE指定的内存区。后续的内存配置会详细讲到官方给出的内存分配策略。
configMAX_TASK_NAME_LEN
调用任务函数时，需要设置描述任务信息的字符串，这个宏用来定义该字符串的最大长度。这里定义的长度包括字符串结束符’\0’。
configUSE_TRACE_FACILITY
设置成1表示启动可视化跟踪调试，会激活一些附加的结构体成员和函数。
configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS （V7.5.0新增）
设置宏configUSE_TRACE_FACILITY和configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS为1会编译vTaskList()和vTaskGetRunTimeStats()函数。如果将这两个宏任意一个设置为0，上述两个函数不会被编译。
configUSE_16_BIT_TICKS
定义系统节拍计数器的变量类型，即定义portTickType是表示16位变量还是32位变量。

定义configUSE_16_BIT_TICKS为1意味着portTickType代表16位无符号整形
定义configUSE_16_BIT_TICKS为0意味着portTickType代表32位无符号整形。
使用16位类型可以大大提高8位和16位架构微处理器的性能，但这也限制了最大时钟计数为65535个’Tick’。因此，如果Tick频率为250HZ（4MS中断一次），对于任务最大延时或阻塞时间，16位计数器是262秒，而32位是17179869秒。

configIDLE_SHOULD_YIELD
这个参数控制任务在空闲优先级中的行为。仅在满足下列条件后，才会起作用。

使用抢占式内核调度
用户任务使用空闲优先级。
通过时间片共享同一个优先级的多个任务，如果共享的优先级大于空闲优先级，并假设没有更高优先级任务，这些任务应该获得相同的处理器时间。
但如果共享空闲优先级时，情况会稍微有些不同。当configIDLE_SHOULD_YIELD为1时，其它共享空闲优先级的用户任务就绪时，空闲任务立刻让出CPU，用户任务运行，这样确保了能最快响应用户任务。处于这种模式下也会有不良效果（取决于你的程序需要），描述如下：

文章图片

图中描述了四个处于空闲优先级的任务，任务A、B和C是用户任务，任务I是空闲任务。上下文切换周期性的发生在T0、T1…T6时刻。当用户任务运行时，空闲任务立刻让出CPU，但是，空闲任务已经消耗了当前时间片中的一定时间。这样的结果就是空闲任务I和用户任务A共享一个时间片。用户任务B和用户任务C因此获得了比用户任务A更多的处理器时间。
可以通过下面方法避免：
如果合适的话，将处于空闲优先级的各单独的任务放置到空闲钩子函数中；
创建的用户任务优先级大于空闲优先级；
设置IDLE_SHOULD_YIELD为0；
设置configIDLE_SHOULD_YIELD为0将阻止空闲任务为用户任务让出CPU，直到空闲任务的时间片结束。这确保所有处在空闲优先级的任务分配到相同多的处理器时间，但是，这是以分配给空闲任务更高比例的处理器时间为代价的。