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1.1 FreeRTOS目录结构
以Keil工具下STM32F103芯片为例，它的FreeRTOS的目录如下:
1.1 FreeRTOS目录结构
以Keil工具下STM32F103芯片为例，它的FreeRTOS的目录如下:
在这里插入图片描述
主要涉及2个目录：
- Demo
- Demo目录下是工程文件，以"芯片和编译器"组合成一个名字
- 比如：CORTEX_STM32F103_Keil
- Source
- 根目录下是核心文件，这些文件是通用的
- portable目录下是移植时需要实现的文件
- 目录名为：[compiler]/[architecture]
- 比如：RVDS/ARM_CM3，这表示cortexM3架构在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个：
- 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，任务操作 |
| list.c | 必须，列表 |
| queue.c | 基本必需，提供队列操作、信号量(semaphore)操作 |
| timer.c | 可选，software timer |
| event_groups.c | 可选，提供event group功能 |
| croutine.c | 可选，过时了 |
1.3 移植时涉及的文件
移植FreeRTOS时涉及的文件放在FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]目录下，
比如：RVDS/ARM_CM3，这表示cortexM3架构在RVDS或Keil工具上的移植文件。
里面有2个文件：
- port.c
- portmacro.h
1.4 头文件相关
1.4.1 头文件目录
FreeRTOS需要3个头文件目录：
- FreeRTOS本身的头文件：FreeRTOS/Source/include
- 移植时用到的头文件：FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]
- 含有配置文件FreeRTOSConfig.h的目录
1.4.2 头文件
列表如下：
| 头文件 | 作用 |
|---|---|
| FreeRTOSConfig.h | FreeRTOS的配置文件，比如选择调度算法：configUSE_PREEMPTION<br />每个demo都必定含有FreeRTOSConfig.h<br />建议去修改demo中的FreeRTOSConfig.h，而不是从头写一个 |
| FreeRTOS.h | 使用FreeRTOS API函数时，必须包含此文件。<br />在FreeRTOS.h之后，再去包含其他头文件，比如：<br />task.h、queue.h、semphr.h、event_group.h |
1.5 内存管理
文件在FreeRTOS/Source/portable/MemMang下，它也是放在portable目录下，表示你可以提供自己的函数。
源码中默认提供了5个文件，对应内存管理的5种方法。
后续章节会详细讲解。
| 文件 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| heap_1.c | 分配简单，时间确定 | 只分配、不回收 |
| heap_2.c | 动态分配、最佳匹配 | 碎片、时间不定 |
| heap_3.c | 调用标准库函数 | 速度慢、时间不定 |
| heap_4.c | 相邻空闲内存可合并 | 可解决碎片问题、时间不定 |
| heap_5.c | 在heap_4基础上支持分隔的内存块 | 可解决碎片问题、时间不定 |
1.6 Demo
Demo目录下是预先配置好的、没有编译错误的工程。目的是让你可以基于它进行修改，以适配你的单板。
这些Demo还可以继续精简：
-
Demo/Common中的文件可以完全删除 - main函数中只需要保留2个函数：
- prvSetupHardware()
- vTaskStartScheduler()
- 如下图所示
在这里插入图片描述
1.7 数据类型和编程规范
1.7.1 数据类型
每个移植的版本都含有自己的portmacro.h头文件，里面定义了2个数据类型：
- TickType_t：
- FreeRTOS配置了一个周期性的时钟中断：Tick Interrupt
- 每发生一次中断，中断次数累加，这被称为tick count
- tick count这个变量的类型就是TickType_t
- TickType_t可以是16位的，也可以是32位的
- FreeRTOSConfig.h中定义configUSE_16_BIT_TICKS时，TickType_t就是uint16_t
- 否则TickType_t就是uint32_t
- 对于32位架构，建议把TickType_t配置为uint32_t
- BaseType_t：
- 这是该架构最高效的数据类型
- 32位架构中，它就是uint32_t
- 16位架构中，它就是uint16_t
- 8位架构中，它就是uint8_t
- BaseType_t通常用作简单的返回值的类型，还有逻辑值，比如
pdTRUE/pdFALSE
1.7.2 变量名
变量名有前缀：
| 变量名前缀 | 含义 |
|---|---|
| c | char |
| s | int16_t，short |
| l | int32_t，long |
| x | BaseType_t，<br />其他非标准的类型：结构体、task handle、queue handle等 |
| u | unsigned |
| p | 指针 |
| uc | uint8_t，unsigned char |
| pc | char指针 |
1.7.3 函数名
函数名的前缀有2部分：返回值类型、在哪个文件定义。
| 函数名前缀 | 含义 |
|---|---|
| vTaskPrioritySet | 返回值类型：void<br />在task.c中定义 |
| xQueueReceive | 返回值类型：BaseType_t<br />在queue.c中定义 |
| pvTimerGetTimerID | 返回值类型：pointer to void<br />在tmer.c中定义 |
1.7.4 宏的名
宏的名字是大小，可以添加小写的前缀。前缀是用来表示：宏在哪个文件中定义。
| 宏的前缀 | 含义：在哪个文件里定义 |
|---|---|
| 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 |
通用的宏定义如下：
| 宏 | 值 |
|---|---|
| pdTRUE | 1 |
| pdFALSE | 0 |
| pdPASS | 1 |
| pdFAIL | 0 |
1.8 安装Keil
本教程的所有程序，都是使用Keil开发，运行在Keil的模拟器上。
1.8.1 下载Keil
Keil-MDK（Keil ARM Microcontroller Development Kit）前生是德国Keil公司，后被ARM收购，是ARM官方的集成开发环境。
打开Keil官网（https://www.keil.com/download/product/），点击“MDK-Arm”进行下载。
在这里插入图片描述
随后进入个人信息完善页面，按提示填写所有的信息，如下图所示，填写完后，点击“Submit”提交。
在这里插入图片描述
随后进入下载页面，点击“MDK532.EXE”即可下载。
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1.8.2 安装Keil
下载完后，点击运行该文件，进入安装界面，选择“Next >>”。
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接着进入用户协议界面，勾选同意协议，点击“Next >>”。
在这里插入图片描述
然后设置安装路径，如下图所示：
-
第一个“Core”是软件的安装路径，
-
第二个“Pack”是芯片的硬件支持包的安装路径，
保持默认路径或者设置为如下图所示一样的即可。
如果是自定义设置，建议为全英文路径，不建议为包含有中文的路径。
选择好之后点击“Next >>”。
在这里插入图片描述
随后需要设置个人信息，随便填写即可，如下图所示。
在这里插入图片描述
之后便进入安装进度界面，等待安装完成。
安装过程中，回弹出驱动安装界面，勾选“始终信任来自‘ARM Ltd’的软件”，然后点击“安装”，如下图。
在这里插入图片描述
之后会自动进入“Pack Installer”界面，这里会检查安装的编译器、CMSIS等是否是最新的，由于我们安装的是官网提供的最新的MDK，所以这里一般情况下都是不需要更新的。
1.8.3 安装Pack
一个Keil的开发环境，除了Keil软件，还需要安装对应的Pack。
比如这里目标机的MCU是STM32F103ZET6，就需要下载该系列的的Pack，如果是STM32F4系列，就需要下其它系列Pack。
使用“Pack Installer”可以方便的对Pack安装和管理。
在左上角搜索框输入“STM32F103”，展开搜索结果，可以看到STM32F103ZE，点击右边的简介链接即可跳转到Pack下载页面。
在这里插入图片描述
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下载完成得到“Keil.STM32F1xx_DFP.2.3.0.pack”。
直接双击该文件，随后弹出如下图所示界面，点击“Next”进行安装。
在这里插入图片描述
至此，Keil和Pack就安装完成了。
1.9 使用模拟器运行第1个程序
先获取配套示例代码。
双击"FreeRTOS_01_create_task\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\RTOSDemo.uvprojx"打开第一个示例。
打开之后，首先要编译工程，才能使用模拟器运行，点击"Build"图标进行编译，如下图所示：
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编译完成后，点击"Debug"按钮进行仿真，如下图所示：
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第一个程序里面创建了两个任务，两个任务一直打印各自的信息。
这里需要打开串口显示模拟窗口，显示任务的打印内容。
点击左上角菜单的“View”，然后选择“Serial Windows”，点击“UART #1”，如下图所示：
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最后，点击“Run”运行程序，右下角串口显示窗口将打印两个任务的信息。
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如果想退出模拟器仿真，再次"Debug"按钮退出，如下图所示：
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1.10 使用逻辑分析仪
本课程的程序有两种输出方式：
- 串口：查看打印信息
- 逻辑分析仪：观察全局变量的波形，根据波形解析任务调度情况
下面举例说明逻辑分析仪的用法。
双击"FreeRTOS_06_taskdelay\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\RTOSDemo.uvprojx"打开该示例。
打开之后，首先要编译工程，点击"Build"图标进行编译。
编译完成后，点击"Debug"按钮进行仿真。
本实例使用模拟器的逻辑分析仪观察现象。
首先在“main.c”的主函数加入断点，在代码行前的灰色处，点击一下就会有一个红色小点，就是设置的“断点”。
在这里插入图片描述
然后点击“Run”运行，程序运行到断点位置，就会停下来等待下一步操作：
-
在代码中找到全局变量flag
-
鼠标选中flag，然后点击鼠标右键，在弹出的菜单里选择"Add ‘flag’ to…"，选择“Analyzer”，
如下图所示：
在这里插入图片描述
此时在代码框上面，就会出现逻辑分析仪“Logic Analyzer”显示窗口，里面分析的就是变量flag。
点击这个flag，然后右键，选择“Bit”，以便观察，如下图所示：
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再点击一下“Run”，继续运行，此时逻辑分析仪窗口显示变量flag的bit值变化，如下图所示：
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在逻辑分析仪窗口，可以使用鼠标滚轮放大、缩小波形。
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