第1章　初識FreeRTOS

1.1　FreeRTOS版權

FreeRTOS由美國的Richard Barry于2003年發布，Richard Barry是FreeRTOS的擁有者和維護者，在過去的十多年中FreeRTOS歷經了9個版本，與眾多半導體廠商合作密切，有數百萬開發者，是目前市場占有率最高的RTOS。

FreeRTOS于2018年被亞馬遜收購，改名為AWS FreeRTOS，版本號升級為V10，且開源協議也由原來的GPLv2+修改為MIT，與GPLv2+相比，MIT更加開放，你完全可以理解為完全免費。V9以前的版本還是維持原樣，V10版本相比于V9就是加入了一些物聯網相關的組件，內核基本不變。亞馬遜收購FreeRTOS也是為了進軍物聯網和人工智能領域。本書還是以V9版本來講解。

1.2　FreeRTOS收費問題

1.2.1　FreeRTOS

FreeRTOS是一款“開源免費”的實時操作系統，遵循的是GPLv2+的許可協議。這里說到的開源，指的是可以免費獲取FreeRTOS的源代碼，且當你的產品使用了FreeRTOS而沒有修改FreeRTOS內核源碼時，你的產品的全部代碼都可以閉源，不用開源，但是當你修改了FreeRTOS內核源碼時，就必須將修改的這部分開源，反饋給社區，其他應用部分不用開源。免費的意思是無論你是個人還是公司，都可以免費地使用，不需要花費一分錢。

1.2.2　OpenRTOS

FreeRTOS和OpenRTOS擁有的代碼是一樣的，但是可從官方獲取的服務卻是不一樣的。FreeRTOS號稱免費，OpenRTOS號稱收費，它們的具體區別如表1-1所示。

表1-1　FreeRTOS開源授權與OpenRTOS商業授權的區別

1.2.3　SaveRTOS

SaveRTOS也基于FreeRTOS，但是SaveRTOS為某些特定的領域做了安全相關的設計，有關SaveRTOS獲得的安全驗證具體如表1-2所示。SaveRTOS需要收費。

表1-2　SaveRTOS獲得的安全方面的驗證

1.3　FreeRTOS資料獲取

FreeRTOS的源碼和相應的官方書籍均可從官網www.freertos.org獲得，如圖1-1所示為官網首頁。

1.3.1　獲取源碼

單擊圖1-1中的Download Source按鈕，可以下載FreeRTOS最新版本的源碼。如果想下載以往版本，可從托管網址https://sourceforge.net/projects/freertos/files/FreeRTOS/下載。截至本章編寫時，FreeRTOS已經更新到V10.0.1，具體如圖1-2所示。

圖1-1　FreeRTOS官網首頁

圖1-2　FreeRTOS版本更新目錄

1.3.2　獲取書籍

單擊圖1-1中的PDF Books按鈕可以下載FreeRTOS官方的兩本電子書（英文版），分別為FreeRTOS V10.0.0 Reference Manual.pdf和Mastering_the_FreeRTOS_Real_Time_Kernel-A_Hands-On_Tutorial_Guide.pdf，一本是API參考手冊，另外一本是手把手入門教程。

1.3.3　快速入門

單擊圖1-1中的Quick Start按鈕，可獲取網頁版的快速入門教程。

1.4　FreeRTOS的編程風格

學習一個RTOS，弄清楚它的編程風格很重要，這可以大大提高我們閱讀代碼的效率。下面我們就從FreeRTOS中的數據類型、變量名、函數名、宏以及格式這幾個方面做簡單介紹。

1.4.1　數據類型

在FreeRTOS中，使用的數據類型雖然都是標準C里面的數據類型，但是針對不同的處理器，對標準C的數據類型又進行了重定義，給它們設置了一個新的名字，比如為char重新定義了一個名字portCHAR，這里的port表示接口，在將FreeRTOS移植到處理器上時，需要用這些接口文件把它們連接在一起。但是用戶在寫程序時并非一定要遵循FreeRTOS的風格，仍可以直接用C語言的標準類型。在FreeRTOS中，int型從不使用，只使用short型和long型。在Cortex-M內核的MCU中，short為16位，long為32位。

FreeRTOS中詳細的數據類型重定義在portmacro.h頭文件中實現，具體參見表1-3和代碼清單1-1。

表1-3　FreeRTOS中的數據類型重定義

代碼清單1-1　FreeRTOS中的數據類型重定義

 1 #define portCHAR        char
 2 #define portFLOAT       float
 3 #define portDOUBLE      double
 4 #define portLONG        long
 5 #define portSHORT       short
 6 #define portSTACK_TYPE  uint32_t
 7 #define portBASE_TYPE   long
 8
 9 typedef portSTACK_TYPE StackType_t;
10 typedef long BaseType_t;
11 typedef unsigned long UBaseType_t;
12
13 #if( config USE_16_BIT_TICKS == 1 )
14 typedef uint16_t TickType_t;
15 #define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffff
16 #else
17 typedef uint32_t TickType_t;
18 #define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffffffffUL

在編程時，如果用戶沒有明確指定char的符號類型，那么編譯器會默認指定char型的變量為無符號或者有符號。正是基于這個原因，在FreeRTOS中，我們都需要明確指定變量char是有符號的還是無符號的。在KEIL中，默認char是無符號的，但是也可以配置為有符號的，具體配套過程如圖1-3所示。

圖1-3　char型變量的符號配置（KEIL）

1.4.2　變量名

在FreeRTOS中，定義變量時往往會把變量的類型當作前綴加在變量上，這樣做的好處是讓用戶一看到這個變量就知道該變量的類型。比如char型變量的前綴是c，short型變量的前綴是s，long型變量的前綴是l，portBASE_TYPE類型變量的前綴是x。還有其他的數據類型，比如數據結構、任務句柄、隊列句柄等定義的變量名的前綴也是x。

如果一個變量是無符號型的，那么會有一個前綴u，如果是一個指針變量，則會有一個前綴p。因此，當我們定義一個無符號的char型變量時會加一個uc前綴，當定義一個char型的指針變量時會加一個pc前綴。

1.4.3　函數名

函數名包含了函數返回值的類型、函數所在的文件名和函數的功能，如果是私有的函數，則會加一個prv（private）的前綴。特別地，在函數名中加入了函數所在的文件名，這將幫助用戶提高尋找函數定義的效率并了解函數作用，具體舉例如下：

1）vTaskPrioritySet()函數的返回值為void型，在task.c文件中定義。

2）xQueueReceive()函數的返回值為portBASE_TYPE型，在queue.c文件中定義。

3）vSemaphoreCreateBinary()函數的返回值為void型，在semphr.h文件中定義。

1.4.4　宏

宏均由大寫字母表示，并配有小寫字母的前綴，前綴用于表示該宏在哪個頭文件定義，部分舉例具體如表1-4所示。

表1-4　FreeRTOS宏定義舉例

這里要注意的是信號量的函數都是一個宏定義，但是其函數的命名方法是遵循函數的命名方法而不是宏定義的方法。

在貫穿FreeRTOS的整個代碼中，還有幾個通用的宏定義也要注意一下，都是表示0和1的宏，具體如表1-5所示。

表1-5　FreeRTOS通用宏定義

1.4.5　格式

1個Tab鍵等于4個空格鍵。我們在編程時最好使用空格鍵而不是使用Tab鍵，當2個編譯器的Tab鍵大小設置得不一樣時，移植代碼時格式就會變亂，而使用空格鍵不會出現這種問題。