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教程目錄
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1.1 FreeRTOS目錄結構
以Keil工具下STM32F103芯片為例，它的FreeRTOS的目錄如下:
1.1 FreeRTOS目錄結構
以Keil工具下STM32F103芯片為例，它的FreeRTOS的目錄如下:
主要涉及2個目錄：
- Demo
- Demo目錄下是工程文件，以"芯片和編譯器"組合成一個名字
- 比如：CORTEX_STM32F103_Keil
- Source
- 根目錄下是核心文件，這些文件是通用的
- portable目錄下是移植時需要實現的文件
- 目錄名為：[compiler]/[architecture]
- 比如：RVDS/ARM_CM3，這表示cortexM3架構在RVDS工具上的移植文件
1.2 核心文件
FreeRTOS的最核心文件只有2個：
- FreeRTOS/Source/tasks.c
- FreeRTOS/Source/list.c
其他文件的作用也一起列表如下：
| FreeRTOS/Source/下的文件 | 作用 |
|---|---|
| tasks.c | 必需，任務操作 |
| list.c | 必須，列表 |
| queue.c | 基本必需，提供隊列操作、信號量(semaphore)操作 |
| timer.c | 可選，software timer |
| event_groups.c | 可選，提供event group功能 |
| croutine.c | 可選，過時了 |
1.3 移植時涉及的文件
移植FreeRTOS時涉及的文件放在FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]目錄下，
比如：RVDS/ARM_CM3，這表示cortexM3架構在RVDS或Keil工具上的移植文件。
里面有2個文件：
- port.c
- portmacro.h
1.4 頭文件相關
1.4.1 頭文件目錄
FreeRTOS需要3個頭文件目錄：
- FreeRTOS本身的頭文件：FreeRTOS/Source/include
- 移植時用到的頭文件：FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]
- 含有配置文件FreeRTOSConfig.h的目錄
1.4.2 頭文件
列表如下：
| 頭文件 | 作用 |
|---|---|
| FreeRTOSConfig.h | FreeRTOS的配置文件，比如選擇調度算法：configUSE_PREEMPTION 每個demo都必定含有FreeRTOSConfig.h 建議去修改demo中的FreeRTOSConfig.h，而不是從頭寫一個 |
| FreeRTOS.h | 使用FreeRTOS API函數時，必須包含此文件。 在FreeRTOS.h之后，再去包含其他頭文件，比如： task.h、queue.h、semphr.h、event_group.h |
1.5 內存管理
文件在FreeRTOS/Source/portable/MemMang下，它也是放在portable目錄下，表示你可以提供自己的函數。
源碼中默認提供了5個文件，對應內存管理的5種方法。
后續章節會詳細講解。
| 文件 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|
| heap_1.c | 分配簡單，時間確定 | 只分配、不回收 |
| heap_2.c | 動態分配、最佳匹配 | 碎片、時間不定 |
| heap_3.c | 調用標准庫函數 | 速度慢、時間不定 |
| heap_4.c | 相鄰空閑內存可合並 | 可解決碎片問題、時間不定 |
| heap_5.c | 在heap_4基礎上支持分隔的內存塊 | 可解決碎片問題、時間不定 |
1.6 Demo
Demo目錄下是預先配置好的、沒有編譯錯誤的工程。目的是讓你可以基於它進行修改，以適配你的單板。
這些Demo還可以繼續精簡：
Demo/Common中的文件可以完全刪除- main函數中只需要保留2個函數：
- prvSetupHardware()
- vTaskStartScheduler()
- 如下圖所示
1.7 數據類型和編程規范
1.7.1 數據類型
每個移植的版本都含有自己的portmacro.h頭文件，里面定義了2個數據類型：
- TickType_t：
- FreeRTOS配置了一個周期性的時鍾中斷：Tick Interrupt
- 每發生一次中斷，中斷次數累加，這被稱為tick count
- tick count這個變量的類型就是TickType_t
- TickType_t可以是16位的，也可以是32位的
- FreeRTOSConfig.h中定義configUSE_16_BIT_TICKS時，TickType_t就是uint16_t
- 否則TickType_t就是uint32_t
- 對於32位架構，建議把TickType_t配置為uint32_t
- BaseType_t：
- 這是該架構最高效的數據類型
- 32位架構中，它就是uint32_t
- 16位架構中，它就是uint16_t
- 8位架構中，它就是uint8_t
- BaseType_t通常用作簡單的返回值的類型，還有邏輯值，比如
pdTRUE/pdFALSE
1.7.2 變量名
變量名有前綴：
| 變量名前綴 | 含義 |
|---|---|
| c | char |
| s | int16_t，short |
| l | int32_t，long |
| x | BaseType_t， 其他非標准的類型：結構體、task handle、queue handle等 |
| u | unsigned |
| p | 指針 |
| uc | uint8_t，unsigned char |
| pc | char指針 |
1.7.3 函數名
函數名的前綴有2部分：返回值類型、在哪個文件定義。
| 函數名前綴 | 含義 |
|---|---|
| vTaskPrioritySet | 返回值類型：void 在task.c中定義 |
| xQueueReceive | 返回值類型：BaseType_t 在queue.c中定義 |
| pvTimerGetTimerID | 返回值類型：pointer to void 在tmer.c中定義 |
1.7.4 宏的名
宏的名字是大小，可以添加小寫的前綴。前綴是用來表示：宏在哪個文件中定義。
| 宏的前綴 | 含義：在哪個文件里定義 |
|---|---|
| port (比如portMAX_DELAY) | portable.h或portmacro.h |
| task (比如taskENTER_CRITICAL()) | task.h |
| pd (比如pdTRUE) | projdefs.h |
| config (比如configUSE_PREEMPTION) | FreeRTOSConfig.h |
| err (比如errQUEUE_FULL) | projdefs.h |
通用的宏定義如下：
| 宏 | 值 |
|---|---|
| pdTRUE | 1 |
| pdFALSE | 0 |
| pdPASS | 1 |
| pdFAIL | 0 |
1.8 安裝Keil
本教程的所有程序，都是使用Keil開發，運行在Keil的模擬器上。
1.8.1 下載Keil
Keil-MDK（Keil ARM Microcontroller Development Kit）前生是德國Keil公司，后被ARM收購，是ARM官方的集成開發環境。
打開Keil官網（https://www.keil.com/download/product/），點擊“MDK-Arm”進行下載。
隨后進入個人信息完善頁面，按提示填寫所有的信息，如下圖所示，填寫完后，點擊“Submit”提交。
隨后進入下載頁面，點擊“MDK532.EXE”即可下載。
1.8.2 安裝Keil
下載完后，點擊運行該文件，進入安裝界面，選擇“Next >>”。
接着進入用戶協議界面，勾選同意協議，點擊“Next >>”。
然后設置安裝路徑，如下圖所示：
-
第一個“Core”是軟件的安裝路徑，
-
第二個“Pack”是芯片的硬件支持包的安裝路徑，
保持默認路徑或者設置為如下圖所示一樣的即可。
如果是自定義設置，建議為全英文路徑，不建議為包含有中文的路徑。
選擇好之后點擊“Next >>”。
隨后需要設置個人信息，隨便填寫即可，如下圖所示。
之后便進入安裝進度界面，等待安裝完成。
安裝過程中，回彈出驅動安裝界面，勾選“始終信任來自‘ARM Ltd’的軟件”，然后點擊“安裝”，如下圖。
之后會自動進入“Pack Installer”界面，這里會檢查安裝的編譯器、CMSIS等是否是最新的，由於我們安裝的是官網提供的最新的MDK，所以這里一般情況下都是不需要更新的。
1.8.3 安裝Pack
一個Keil的開發環境，除了Keil軟件，還需要安裝對應的Pack。
比如這里目標機的MCU是STM32F103ZET6，就需要下載該系列的的Pack，如果是STM32F4系列，就需要下其它系列Pack。
使用“Pack Installer”可以方便的對Pack安裝和管理。
在左上角搜索框輸入“STM32F103”，展開搜索結果，可以看到STM32F103ZE，點擊右邊的簡介鏈接即可跳轉到Pack下載頁面。
下載完成得到“Keil.STM32F1xx_DFP.2.3.0.pack”。
直接雙擊該文件，隨后彈出如下圖所示界面，點擊“Next”進行安裝。
至此，Keil和Pack就安裝完成了。
1.9 使用模擬器運行第1個程序
先獲取配套示例代碼。
雙擊"FreeRTOS_01_create_task\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\RTOSDemo.uvprojx"打開第一個示例。
打開之后，首先要編譯工程，才能使用模擬器運行，點擊"Build"圖標進行編譯，如下圖所示：
編譯完成后，點擊"Debug"按鈕進行仿真，如下圖所示：
第一個程序里面創建了兩個任務，兩個任務一直打印各自的信息。
這里需要打開串口顯示模擬窗口，顯示任務的打印內容。
點擊左上角菜單的“View”，然后選擇“Serial Windows”，點擊“UART #1”，如下圖所示：
最后，點擊“Run”運行程序，右下角串口顯示窗口將打印兩個任務的信息。
如果想退出模擬器仿真，再次"Debug"按鈕退出，如下圖所示：
1.10 使用邏輯分析儀
本課程的程序有兩種輸出方式：
- 串口：查看打印信息
- 邏輯分析儀：觀察全局變量的波形，根據波形解析任務調度情況
下面舉例說明邏輯分析儀的用法。
雙擊"FreeRTOS_06_taskdelay\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\RTOSDemo.uvprojx"打開該示例。
打開之后，首先要編譯工程，點擊"Build"圖標進行編譯。
編譯完成后，點擊"Debug"按鈕進行仿真。
本實例使用模擬器的邏輯分析儀觀察現象。
首先在“main.c”的主函數加入斷點，在代碼行前的灰色處，點擊一下就會有一個紅色小點，就是設置的“斷點”。
然后點擊“Run”運行，程序運行到斷點位置，就會停下來等待下一步操作：
-
在代碼中找到全局變量flag
-
鼠標選中flag，然后點擊鼠標右鍵，在彈出的菜單里選擇"Add ‘flag’ to…"，選擇“Analyzer”，
如下圖所示：
此時在代碼框上面，就會出現邏輯分析儀“Logic Analyzer”顯示窗口，里面分析的就是變量flag。
點擊這個flag，然后右鍵，選擇“Bit”，以便觀察，如下圖所示：
再點擊一下“Run”，繼續運行，此時邏輯分析儀窗口顯示變量flag的bit值變化，如下圖所示：
在邏輯分析儀窗口，可以使用鼠標滾輪放大、縮小波形。
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