freertos 任务内存分配

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一、freertos任务切换需要多少个时钟周期

时间为1ms。每次创建作业、队列和信号量时，FreeRTOS都需要分配一定数量的RAM。虽然函数malloc()和free()可以用来申请内存和释放，但这两个函数有以下缺点：它们并不是在所有嵌入式系统中都可用，它们占用空间，在任何程序中都可以使用。以人性的方式为此，除了malloc()和free()函数之外，FreeRTOS还提供了另外两种内存分配策略。

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二、FreeRTOS原理与实现

FreeRTOS的核心技术之一是任务调度机制，它利用了可剥夺内核中的优先级调度。一旦高优先级任务就绪，就可以利用低优先级任务的CPU资源，提高系统的实时能力。时间响应能力。与μC/OS-II不同，FreeRTOS不限制任务数量，并且支持优先级和循环调度。它使用双向链表而不是任务就绪列表，并定义了xList结构和xLIST_ITEM结构。每个任务对应一个任务控制块（TCB），其中包含任务堆栈、优先级、链表节点等信息。

FreeRTOS任务调度是通过链表数组xReadyTasksLists实现的。当一个任务需要进入就绪状态时，需要将TCB的xGenericListItem插入到相应优先级的链表中。按照优先级从高到低的顺序安排先搜索非空链表，优先级高的任务会先执行。当存在多个高优先级任务时，采用循环调度算法。由于pxIndex指针的存在，任务在优先级n下切换所需的时间是一个时钟周期。

为了提高效率，FreeRTOS使用ucTopReadyPriority来跟踪当前的最高优先级。当创建新任务且其优先级高于当前最高优先级时，ucTopReadyPriority会更新。该策略减少了寻道时间并缩短了核心关闭时间。FreeRTOS还实现了创建、删除和暂停任务等功能。任务删除采用两步策略来减少内核关闭时间。

FreeRTOS的时间管理是通过vTaskDelay函数实现的。通过计算当前时钟节拍总数加上延迟值，然后将任务控制块插入延迟链表来计算任务延迟。与μC/OS-II相比，FreeRTOS的加法方法使得时间管理更少地依赖于任务数量，提高了执行速度。

在内存分配策略上，FreeRTOS提供了大内存简单分区和链表分配两种方式供用户选择。链表分配方式可以动态管理内存，但可能会造成内存碎片，并且需要固定的内存申请和释放大小。相比μC/OS-II的分区管理，FreeRTOS在内存利用率上可能稍差一些。

虽然FreeRTOS具有良好的可移植性并支持多种处理器，但其功能和服务比μC/OS-II更加有限，并且需要额外的GUI、TCP/IP协议栈和文件支持。这既是FreeRTOS的优点，也是缺点。用户需要根据自己的需要选合适的操作系统。

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在嵌入式领域，嵌入式实时操作系统的使用越来越频繁。采用嵌入式实时操作系统（RTOS）可以更加合理有效地利用CPU资源，简化应用软件设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。

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三、FreeRTOS队列

参考及感谢zhzht19861011：FreeRTOS队列分析
队列是任务之间的主要通信方式，可以在任务之间、中断与任务之间传递信息。
最常见的是，队列用于具有线程保护的FIFO（先进先出）缓冲区。

发送到队列的消息是通过复制实现的，也就是说队列中存储的数据是原始数据，而不是对原始数据的引用。

API函数允许设置阻塞时间。

队列的基本使用：

创建队列API函数xQueueCreate()，但实际上这是一个宏，只是声明为函数。实际实现的函数是xQueueGenericCreate()。我们将此函数称为全局队列创建函数。

ucQueueType参数仅用于视觉跟踪和调试。
首先调用prvAllocateQueueMemory函数为队列结构和队列元素分配存储空间。结构和队列项在存储中是连续的。

分配成功后初始化成员，然后调用xQueueGenericReset()函数初始化剩余的结构体成员。
假设我们申请了3个队列项，每个队列项占用4个字节的存储空间（即uxLength=3，uxItemSize=4），那么初始化后的队列内存如。

放置队列项也称为传递（发送），分为带中断保护的等待操作和不带中断保护的等待操作。每个实例分为两个操作：从队列尾加入和从队列头部加入。有一种特殊情况，即从队列尾部加入，覆盖加入，即自动完成队列中最旧的元素。当队列已满时覆盖它。

该函数用于队列操作，不应该在中断服务程序中使用。

pcWriteTo指针指向的位置，加上update指针指向的位置，队列项计数器增加1;第三种情况是从头入队时，将数据复制到指针pxQueue->From指向的位置，更新指针指向的位置，队列项计数器加1。如果是覆盖队列，队列项计数器的值也会被修改。

队列结构中有两个与队列锁相关的成员：xRxLock和xTxLock。当这两个变量在队列中时（宏，定义为-1），表示队列没有被锁定；当队列中这两个变量为LOCKED_UNMODIFIED（宏，定义为0）时，表示队列被锁定。