一文读懂FreeRTOS

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在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。由于RTOS需占用一定的系统资源(尤其是RAM资源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少数实时操作系统能在小RAM单片机上运行。相对于C／OS-II、embOS等商业操作系统，FreeRTOS操作系统是完全免费的操作系统，具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植到各种单片机上运行。。。

1.为什么学习RTOS？

作为基于ARM7、Cortex-M3硬件开发的嵌入式工程师，我一直反对使用RTOS。不仅因为不恰当的使用RTOS会给项目带来额外的稳定性风险，更重要的是我认为绝大多数基于ARM7、Cortex-M3硬件的项目，还没复杂到使用RTOS的地步，使用状态机就足够了。

对于现代的微处理器，特别是资源相对丰富ARM7、Cortex-M3硬件来说，RTOS占用的硬件资源已经越来越可以忽略。所以在当今环境下，我们无需担心RTOS会拖累性能。相反，RTOS提供的事件驱动型设计方式，使得RTOS只是在处理实际任务时才会运行，这能够更合理的利用CPU。在实际项目中，如果程序等待一个超时事件，传统的无RTOS情况下，要么在原地一直等待而不能执行其它任务，要么使用复杂（相对RTOS提供的任务机制而言）的状态机机制。如果使用RTOS，则可以很方便的将当前任务阻塞在该事件下，然后自动去执行别的任务，这显然更方便，并且可以高效的利用CPU。处理这类事件，是我使用RTOS的最大动力，但考虑到系统的稳定性，我不得不再三权衡RTOS可能带来的一些弊端：

1.大多数RTOS代码都具有一定规模，任何代码都可能带来BUG，何况是代码具有一定规模的RTOS，因此引入RTOS的同时也可能会引入该RTOS的BUG，这些RTOS本身的BUG一旦被触发，影响可能是是灾难性的。

2.熟练的使用RTOS是一项技能，需要专业的知识储备和长期的经验积累。不将RTOS分析透彻，很容易为项目埋下错误。典型的，像中断优先级、任务堆栈分配、可重入等，都是更容易出错的地方。

3.RTOS的优先级嵌套使得任务执行顺序、执行时序更难分析，甚至变成不可能。任务嵌套对所需的最大堆栈RAM大小估计也变得困难。这对于很多对安全有严格要求的场合是不可想象的。

4.RTOS应该用于任务复杂的场合，以至于对任务调度的需求可以抵消RTOS所带来的稳定性影响，但大部分的应用并非复杂到需要RTOS。

以上原因是我拒绝在实际项目中使用RTOS的理由，但是否使用RTOS跟是否学习RTOS完全是两码事。我认为任何嵌入式软件设计人员都应该至少学习一种RTOS，不仅是需要掌握RTOS背后的操作系统原理、学习RTOS的编程方式，更是为将来做准备。

即便我认为现在的物联网有点言过其实，但我依然看好物联网的发展前景。随着物联网的发展，未来的嵌入式产品必然更为复杂、连接性更强以及需要更丰富的用户界面。当处理这些任务时，一个好的RTOS就变得不可缺少了。

书到用时方恨少，我希望自己永远不会有这种感觉。所以从现在起，我要开始深入一个RTOS，探索它背后的原理，掌握其编程方法，避免其缺陷和陷阱，并将它安全的用在将来的项目中。

2.为什么选用FreeRTOS？

对比了许多RTOS，最终选择FreeRTOS，原因是多方面的：

1.SafeRTOS便是基于FreeRTOS而来，前者是经过安全认证的RTOS，因此对于FreeRTOS的安全性也有了信心。

2.大量开发者使用，并保持高速增长趋势。2011、2012、2013、2014、2015、2017年（暂时没有2016年的数据）的EEtimes杂志嵌入式系统市场报告显示，FreeRTOS在RTOS内核使用榜和RTOS内核计划使用榜上都名列前茅。更多的人使用可以促进发现BUG，增强稳定性。

3.简单。内核只有3个.c文件，全部围绕着任务调度，没有任何其它干扰，便于理解学习。而且，我根本不需要其它繁多的功能，只要任务调度就够了。

4.文档齐全。在FreeRTOS官方网站上，可以找到所有你需要的资料。

5.免费、开放源码。完全可以免费用于商业产品，开放源码更便于学习操作系统原理、从全局掌握FreeRTOS运行机理、以及对操作系统进行深度裁剪以适应自己的硬件。

学习的资料来源主要是FreeRTOS的官方网站（www.freertos.org）和源代码。FreeRTOS的创始人RichardBarry编写了大量的移植代码和配套文档，我只不过是沿着Richard Barry铺好的路前进，所以，这没什么困难的。

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