前　言
引　言
第一部分　從0到1教你寫FreeRTOS內(nèi)核
第1章　初識FreeRTOS 2
1.1　FreeRTOS版權(quán) 2
1.2　FreeRTOS收費問題 2
1.2.1　FreeRTOS 2
1.2.2　OpenRTOS 2
1.2.3　SaveRTOS 3
1.3　FreeRTOS資料獲取 3
1.3.1　獲取源碼 3
1.3.2　獲取書籍 4
1.3.3　快速入門 4
1.4　FreeRTOS的編程風(fēng)格 5
1.4.1　數(shù)據(jù)類型 5
1.4.2　變量名 6
1.4.3　函數(shù)名 6
1.4.4　宏 7
1.4.5　格式 7
第2章　新建FreeRTOS工程—軟件仿真 8
2.1　新建本地工程文件夾 8
2.2　使用KEIL新建工程 8
2.2.1　New Project 9
2.2.2　Select Device for Target 9
2.2.3　Manage Run-Time Environment 10
2.3　在KEIL工程中新建文件組 11
2.4　在KEIL工程中添加文件 11
2.5　調(diào)試配置 13
2.5.1　設(shè)置軟件仿真 13
2.5.2　修改時鐘大小 13
2.5.3　添加頭文件路徑 13
第3章　裸機系統(tǒng)與多任務(wù)系統(tǒng) 15
3.1　裸機系統(tǒng) 15
3.1.1　輪詢系統(tǒng) 15
3.1.2　前后臺系統(tǒng) 16
3.2　多任務(wù)系統(tǒng) 17
第4章　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—列表與列表項 20
4.1　C語言鏈表 20
4.1.1　單向鏈表 20
4.1.2　雙向鏈表 22
4.1.3　鏈表與數(shù)組的對比 22
4.2　FreeRTOS中鏈表的實現(xiàn) 23
4.2.1　實現(xiàn)鏈表節(jié)點 23
4.2.2　實現(xiàn)鏈表根節(jié)點 25
4.3　鏈表節(jié)點插入實驗 31
4.4　實驗現(xiàn)象 34
第5章　任務(wù)的定義與任務(wù)切換 35
5.1　本章目標(biāo) 35
5.2　什么是任務(wù) 36
5.3　創(chuàng)建任務(wù) 37
5.3.1　定義任務(wù)棧 37
5.3.2　定義任務(wù)函數(shù) 38
5.3.3　定義任務(wù)控制塊 39
5.3.4　實現(xiàn)任務(wù)創(chuàng)建函數(shù) 40
5.4　實現(xiàn)就緒列表 45
5.4.1　定義就緒列表 45
5.4.2　就緒列表初始化 45
5.4.3　將任務(wù)插入就緒列表 46
5.5　實現(xiàn)調(diào)度器 49
5.5.1　啟動調(diào)度器 49
5.5.2　任務(wù)切換 54
5.6　main()函數(shù) 58
5.7　實驗現(xiàn)象 61
5.8　本章涉及的匯編指令 64
第6章　臨界段的保護 65
6.1　什么是臨界段 65
6.2　Cortex-M內(nèi)核快速關(guān)中斷指令 65
6.3　關(guān)中斷 66
6.3.1　不帶返回值的關(guān)中斷函數(shù) 66
6.3.2　帶返回值的關(guān)中斷函數(shù) 67
6.4　開中斷 67
6.5　進入/退出臨界段的宏 68
6.5.1　進入臨界段 68
6.5.2　退出臨界段 69
6.6　臨界段代碼的應(yīng)用 70
6.7　實驗現(xiàn)象 71
第7章　空閑任務(wù)與阻塞延時 72
7.1　實現(xiàn)空閑任務(wù) 72
7.1.1　定義空閑任務(wù)的棧 72
7.1.2　定義空閑任務(wù)的任務(wù)控制塊 73
7.1.3　創(chuàng)建空閑任務(wù) 73
7.2　實現(xiàn)阻塞延時 74
7.2.1　vTaskDelay()函數(shù) 74
7.2.2　修改vTaskSwitchContext()函數(shù) 75
7.3　SysTick中斷服務(wù)函數(shù) 77
7.4　SysTick初始化函數(shù) 78
7.5　main()函數(shù) 80
7.6　實驗現(xiàn)象 83
第8章　多優(yōu)先級 84
8.1　支持多優(yōu)先級的方法 84
8.2　查找最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)相關(guān)代碼 85
8.2.1　通用方法 87
8.2.2　優(yōu)化方法 87
8.3　修改代碼以支持多優(yōu)先級 89
8.3.1　修改任務(wù)控制塊 89
8.3.2　修改xTaskCreateStatic()函數(shù) 89
8.3.3　修改vTaskStartScheduler()函數(shù) 93
8.3.4　修改vTaskDelay()函數(shù) 94
8.3.5　修改vTaskSwitchContext()函數(shù) 95
8.3.6　修改xTaskIncrementTick()函數(shù) 96
8.4　main()函數(shù) 97
8.5　實驗現(xiàn)象 100
第9章　任務(wù)延時列表 102
9.1　任務(wù)延時列表的工作原理 102
9.2　實現(xiàn)任務(wù)延時列表 103
9.2.1　定義任務(wù)延時列表 103
9.2.2　任務(wù)延時列表初始化 103
9.2.3　定義xNextTaskUnblock-Time 103
9.2.4　初始化xNextTaskUnblock-Time 104
9.3　修改代碼以支持任務(wù)延時列表 104
9.3.1　修改vTaskDelay()函數(shù) 105
9.3.2　修改xTaskIncrementTick()函數(shù) 107
9.3.3　修改taskRESET_READY_PRIORITY()函數(shù) 109
9.4　main()函數(shù) 110
9.5　實驗現(xiàn)象 110
第10章　時間片 111
10.1　時間片測試實驗 111
10.2　main.c文件 112
10.3　實驗現(xiàn)象 115
10.4　原理分析 116
10.4.1　taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()函數(shù) 116
10.4.2　taskRESET_READY_PRIORITY()函數(shù) 117
10.5　修改代碼以支持優(yōu)先級 118
10.5.1　修改xPortSysTick-Handler()函數(shù) 118
10.5.2　修改xTaskIncrement-Tick()函數(shù) 119
第二部分　FreeRTOS內(nèi)核應(yīng)用開發(fā)
第11章　移植FreeRTOS到STM32 124
11.1　獲取STM32的裸機工程模板 124
11.2　下載FreeRTOS V9.0.0源碼 124
11.3　FreeRTOS文件夾內(nèi)容 126
11.3.1　FreeRTOS文件夾 126
11.3.2　FreeRTOS-Plus文件夾 128
11.3.3　HTML文件 129
11.4　向裸機工程中添加FreeRTOS源碼 129
11.4.1　提取FreeRTOS最簡源碼 129
11.4.2　復(fù)制FreeRTOS到裸機工程根目錄 130
11.4.3　復(fù)制FreeRTOSConf?ig.h文件到User文件夾 131
11.4.4　添加FreeRTOS源碼到工程組文件夾 131
11.5　修改FreeRTOSConf?ig.h文件 133
11.5.1　FreeRTOSConf?ig.h文件內(nèi)容 133
11.5.2　修改FreeRTOSConfig.h文件 143
11.6　修改stm32f10x_it.c文件 147
11.7　修改main.c文件 151
11.8　下載驗證 152
第12章　任務(wù) 153
12.1　硬件初始化 153
12.2　創(chuàng)建單任務(wù)—SRAM靜態(tài)內(nèi)存 155
12.2.1　定義任務(wù)函數(shù) 155
12.2.2　空閑任務(wù)與定時器任務(wù)棧函數(shù)實現(xiàn) 155
12.2.3　定義任務(wù)棧 157
12.2.4　定義任務(wù)控制塊 157
12.2.5　靜態(tài)創(chuàng)建任務(wù) 158
12.2.6　啟動任務(wù) 159
12.2.7　main.c文件 159
12.3　下載驗證SRAM靜態(tài)內(nèi)存單任務(wù) 164
12.4　創(chuàng)建單任務(wù)—SRAM動態(tài)內(nèi)存 164
12.4.1　動態(tài)內(nèi)存空間堆的來源 164
12.4.2　定義任務(wù)函數(shù) 165
12.4.3　定義任務(wù)棧 166
12.4.4　定義任務(wù)控制塊指針 166
12.4.5　動態(tài)創(chuàng)建任務(wù) 166
12.4.6　啟動任務(wù) 167
12.4.7　main.c文件 167
12.5　下載驗證SRAM動態(tài)內(nèi)存單任務(wù) 171
12.6　創(chuàng)建多任務(wù)—SRAM動態(tài)內(nèi)存 171
12.7　下載驗證SRAM動態(tài)內(nèi)存多任務(wù) 175
第13章　FreeRTOS的啟動流程 176
13.1　“?萬事俱備，只欠東風(fēng)?”法 176
13.2　“?小心翼翼，十分謹(jǐn)慎?”法 177
13.3　兩種方法的適用情況 179
13.4　FreeRTOS的啟動流程 179
13.4.1　創(chuàng)建任務(wù)函數(shù)xTaskCreate() 179
13.4.2　開啟調(diào)度器函數(shù)vTask-StartScheduler() 181
13.4.3　main()函數(shù) 185
第14章　任務(wù)管理 188
14.1　任務(wù)的基本概念 188
14.2　任務(wù)調(diào)度器的基本概念 188
14.3　任務(wù)狀態(tài)的概念 189
14.4　任務(wù)狀態(tài)遷移 190
14.5　常用的任務(wù)函數(shù) 191
14.5.1　任務(wù)掛起函數(shù) 191
14.5.2　任務(wù)恢復(fù)函數(shù) 195
14.5.3　任務(wù)刪除函數(shù) 203
14.5.4　任務(wù)延時函數(shù) 207
14.6　任務(wù)的設(shè)計要點 215
14.7　任務(wù)管理實驗 216
14.8　實驗現(xiàn)象 221
第15章　消息隊列 222
15.1　消息隊列的基本概念 222
15.2　消息隊列的運作機制 222
15.3　消息隊列的阻塞機制 223
15.4　消息隊列的應(yīng)用場景 224
15.5　消息隊列控制塊 224
15.6　常用的消息隊列函數(shù) 226
15.6.1　消息隊列動態(tài)創(chuàng)建函數(shù) 226
15.6.2　消息隊列靜態(tài)創(chuàng)建函數(shù) 232
15.6.3　消息隊列刪除函數(shù) 233
15.6.4　向消息隊列發(fā)送消息函數(shù) 234
15.6.5　從消息隊列讀取消息函數(shù) 244
15.7　消息隊列注意事項 251
15.8　消息隊列實驗 252
15.9　實驗現(xiàn)象 256
第16章　信號量 258
16.1　信號量的基本概念 258
16.1.1　二值信號量 258
16.1.2　計數(shù)信號量 259
16.1.3　互斥信號量 259
16.1.4　遞歸信號量 259
16.2　二值信號量的應(yīng)用場景 260
16.3　二值信號量的運作機制 260
16.4　計數(shù)信號量的運作機制 261
16.5　信號量控制塊 262
16.6　常用的信號量函數(shù) 263
16.6.1　信號量創(chuàng)建函數(shù) 263
16.6.2　信號量刪除函數(shù) 268
16.6.3　信號量釋放函數(shù) 268
16.6.4　信號量獲取函數(shù) 271
16.7　信號量實驗 273
16.7.1　二值信號量同步實驗 273
16.7.2　計數(shù)信號量實驗 277
16.8　實驗現(xiàn)象 282
16.8.1　二值信號量實驗現(xiàn)象 282
16.8.2　計數(shù)信號量實驗現(xiàn)象 283
第17章　互斥量 284
17.1　互斥量的基本概念 284
17.2　互斥量的優(yōu)先級繼承機制 284
17.3　互斥量的應(yīng)用場景 287
17.4　互斥量的運作機制 287
17.5　互斥量控制塊 288
17.6　互斥量函數(shù) 289
17.6.1　互斥量創(chuàng)建函數(shù)xSema-phoreCreateMutex() 289
17.6.2　遞歸互斥量創(chuàng)建函數(shù)xSemaphoreCreateRecur-siveMutex() 292
17.6.3　互斥量刪除函數(shù)vSema-phoreDelete() 293
17.6.4　互斥量獲取函數(shù)xSema-phoreTake() 293
17.6.5　遞歸互斥量獲取函數(shù)xSemaphoreTakeRecur-sive() 299
17.6.6　互斥量釋放函數(shù)xSema-phoreGive() 301
17.6.7　遞歸互斥量釋放函數(shù)xSemaphoreGiveRecur-sive() 304
17.7　互斥量實驗 307
17.7.1　模擬優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)實驗 307
17.7.2　互斥量降低優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)危害實驗 312
17.8　實驗現(xiàn)象 318
17.8.1　模擬優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)實驗現(xiàn)象 318
17.8.2　互斥量降低優(yōu)先級翻轉(zhuǎn)危害實驗現(xiàn)象 318
第18章　事件 320
18.1　事件的基本概念 320
18.2　事件的應(yīng)用場景 321
18.3　事件的運作機制 321
18.4　事件控制塊 323
18.5　事件函數(shù) 323
18.5.1　事件創(chuàng)建函數(shù)xEvent-GroupCreate() 323
18.5.2　事件刪除函數(shù)vEvent-GroupDelete() 325
18.5.3　事件組置位函數(shù)xEvent-GroupSetBits()（任務(wù)） 326
18.5.4　事件組置位函數(shù)xEvent-GroupSetBitsFromISR()（中斷） 330
18.5.5　等待事件函數(shù)xEvent-GroupWaitBits() 332
18.5.6　清除事件組指定位函數(shù)xEventGroupClearBits()與xEventGroupClearBits-FromISR() 337
18.6　事件實驗 338
18.7　實驗現(xiàn)象 343
第19章　軟件定時器 344
19.1　軟件定時器的基本概念 344
19.2　軟件定時器的應(yīng)用場景 345
19.3　軟件定時器的精度 345
19.4　軟件定時器的運作機制 346
19.5　軟件定時器控制塊 348
19.6　軟件定時器函數(shù) 349
19.6.1　軟件定時器創(chuàng)建函數(shù) 349
19.6.2　軟件定時器啟動函數(shù) 352
19.6.3　軟件定時器停止函數(shù) 356
19.6.4　軟件定時器任務(wù) 358
19.6.5　軟件定時器刪除函數(shù) 365
19.7　軟件定時器實驗 366
19.8　實驗現(xiàn)象 371
第20章　任務(wù)通知 372
20.1　任務(wù)通知的基本概念 372
20.2　任務(wù)通知的運作機制 372
20.3　任務(wù)通知的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 373
20.4　任務(wù)通知函數(shù) 374
20.4.1　發(fā)送任務(wù)通知函數(shù) 374
20.4.2　獲取任務(wù)通知函數(shù) 391
20.5　任務(wù)通知實驗 398
20.5.1　任務(wù)通知代替消息隊列 398
20.5.2　任務(wù)通知代替二值信號量 404
20.5.3　任務(wù)通知代替計數(shù)信號量 409
20.5.4　任務(wù)通知代替事件組 414
20.6　實驗現(xiàn)象 419
20.6.1　任務(wù)通知代替消息隊列實驗現(xiàn)象 419
20.6.2　任務(wù)通知代替二值信號量實驗現(xiàn)象 420
20.6.3　任務(wù)通知代替計數(shù)信號量實驗現(xiàn)象 420
20.6.4　任務(wù)通知代替事件組實驗現(xiàn)象 421
第21章　內(nèi)存管理 422
21.1　內(nèi)存管理的基本概念 422
21.2　內(nèi)存管理的應(yīng)用場景 423
21.3　內(nèi)存管理方案詳解 424
21.3.1　heap_1.c 424
21.3.2　heap_2.c 428
21.3.3　heap_3.c 436
21.3.4　heap_4.c 438
21.3.5　heap_5.c 448
21.4　內(nèi)存管理實驗 451
21.5　實驗現(xiàn)象 455
第22章　中斷管理 456
22.1　異常與中斷的基本概念 456
22.1.1　中斷的介紹 457
22.1.2　和中斷相關(guān)的術(shù)語 457
22.2　中斷管理的運作機制 458
22.3　中斷延遲的概念 459
22.4　中斷管理的應(yīng)用場景 460
22.5　ARM Cortex-M的中斷管理 460
22.6　中斷管理實驗 462
22.7　實驗現(xiàn)象 470
第23章　CPU利用率統(tǒng)計 471
23.1　CPU利用率的基本概念 471
23.2　CPU利用率的作用 471
23.3　CPU利用率統(tǒng)計 472
23.4　CPU利用率統(tǒng)計實驗 473
23.5　實驗現(xiàn)象 478
附錄 479