![Тактовая частота системы
Система FreeRTOS настраивается таким образом, чтобы периодически выдавать
прерывания. Пользователь может регулировать частоту прерываний, которая обычно
находится в диапазоне миллисекунд.
/* Поиск очереди с наивысшим приоритетом, в которой есть готовые к запуску задачи. */
while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists [uxTopReadyPriority ] ) ) )
{
configASSERT( uxTopReadyPriority );
--uxTopReadyPriority; } /*
}
/* listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY проходит по списку, поскольку задачи с
одинаковым приоритетом получают одинаковое право пользоваться
процессорным временем. */
listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[
uxTopReadyPriority ] ) );](https://image.slidesharecdn.com/freertos1-140504003343-phpapp02/85/FreeRTOS-6-320.jpg)
![Блок управления задачей TCB (tasks.c)
typedef struct tskTaskControlBlock
{
volatile portSTACK_TYPE *pxTopOfStack; /* Указывает на месторасположение последнего
элемента, размещенного в стеке задач. */
xListItem xGenericListItem; /* Элемент списка, используемый для помещения блока TCB в
очереди готовых и заблокированных задач. */
xListItem xEventListItem; /* Элемент списка, используемый для помещения блока TCB в
списки событий.*/
unsigned portBASE_TYPE uxPriority; /* Приоритет задачи; 0 является низшим приоритетом.*/
portSTACK_TYPE *pxStack; /* Указывает на начало стека. */
signed char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ]; /* Описательное имя, которое
присваивается стеку, когда он создается. Используется только для отладки. */
#if ( portSTACK_GROWTH > 0 )
portSTACK_TYPE *pxEndOfStack; /* Используется для проверки стека на переполнение
в тех архитектурах, где стек растет с младших адресов памяти. */
#endif
#if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
unsigned portBASE_TYPE uxBasePriority; /* Приоритет, назначенный задаче
последним – используется механизм наследования приоритетов. */
#endif
} tskTCB;](https://image.slidesharecdn.com/freertos1-140504003343-phpapp02/85/FreeRTOS-10-320.jpg)
FreeRTOS
- 1. FreeRTOS
- 2. Философия разработки FreeRTOS разработана как: - Простая - Портируемая -Маленькая Система FreeRTOS находится в стадии активной разработки, которая была начата Ричардом Барри (Richard Barry) в 2002 году.
- 3. Некоторые возможности FreeRTOS • Выбор политики планирования • Всегда работает задача с наивысшим приоритетом из доступных. Задачи с одинаковым приоритетом делят процессорное время. • Coroutines(сопрограммы) - маленькие задачи, использующие очень мало RAM. • БОльшая часть кода одинакова для всех средств разработки. • Много портов и примеров. • Дополнительные возможности могут быть легко и быстро добавлены.
- 4. • Многозадачность и параллельность Обычный процессор может выполнять только одну задачу одновременно - но за счёт быстрого переключения между задачами делается вид, будто задачи выполняются одновременно. • Планирование Планировщик - это часть ядра, отвечающий за то, какая задача должна выполняться в какой момент времени. Ядро может приостановить и потом продолжить задачу несколько раз за время работы задачи.
- 5. Планирование Каждая задача имеет приоритет, назначенный пользователем, который равен от 0 (самый низкий приоритет) и до значения времени компиляции configMAX_PRIORITIES-1 (самый высокий приоритет) Планировщик гарантирует, что процессорное время отдаётся задаче с максимальным приоритетом из доступных(ready) задач. Даже если задачи с низким приоритетом тоже находятся в состоянии готовности(ready) длительное время.
- 6. Тактовая частота системы Система FreeRTOS настраивается таким образом, чтобы периодически выдавать прерывания. Пользователь может регулировать частоту прерываний, которая обычно находится в диапазоне миллисекунд. /* Поиск очереди с наивысшим приоритетом, в которой есть готовые к запуску задачи. */ while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists [uxTopReadyPriority ] ) ) ) { configASSERT( uxTopReadyPriority ); --uxTopReadyPriority; } /* } /* listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY проходит по списку, поскольку задачи с одинаковым приоритетом получают одинаковое право пользоваться процессорным временем. */ listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopReadyPriority ] ) );
- 7. Задачи Задачей является определяемая пользователем функция на языке C с заданным приоритетом. В tasks.c и task.h делается вся тяжелая работа по созданию, планированию и обслуживанию задач. Простая Нет ограничений использования Поддерживает полное вытеснение Приоритет задаётся всей задаче Каждая задача требует отдельного стека - это приводит к большому потреблению оперативной памяти Повторная входимость должна быть тщательно продумана, если используется вытеснение
- 8. Сопрограммы Сопрограммы концептуально схожи с задачами, но имеют некоторые различия. Требуется меньше оперативной памяти за счёт общего стека Совместная работа упрощает проблему повторного входа. Хорошо переносимо между разными архитектурами Полностью приоритезована по отношению к другим сопрограммам, но всегда может быть вытеснена задачей, имеющей больший приоритет, чем задача, запускающая сопрограммы Отсутствие индивидуального стека требует особого рассмотрения Ограниченный API Кооперативная многозадачность только между сопрограммами.
- 9. Объявление задач • Задача должна иметь следующую структуру: void vATaskFunction( void *pvParameters ) { for ( ; ; ) { /* Код задачи пишется тут */ } } Функции-задачи никогда не прерываются, поэтому обычно реализуются при помощи непрерывного цикла. Опять-же можно посмотреть примеры. Задачи создаются с помощью xTaskCreate() и удаляются с помощью vTaskDelete()
- 10. Блок управления задачей TCB (tasks.c) typedef struct tskTaskControlBlock { volatile portSTACK_TYPE *pxTopOfStack; /* Указывает на месторасположение последнего элемента, размещенного в стеке задач. */ xListItem xGenericListItem; /* Элемент списка, используемый для помещения блока TCB в очереди готовых и заблокированных задач. */ xListItem xEventListItem; /* Элемент списка, используемый для помещения блока TCB в списки событий.*/ unsigned portBASE_TYPE uxPriority; /* Приоритет задачи; 0 является низшим приоритетом.*/ portSTACK_TYPE *pxStack; /* Указывает на начало стека. */ signed char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ]; /* Описательное имя, которое присваивается стеку, когда он создается. Используется только для отладки. */ #if ( portSTACK_GROWTH > 0 ) portSTACK_TYPE *pxEndOfStack; /* Используется для проверки стека на переполнение в тех архитектурах, где стек растет с младших адресов памяти. */ #endif #if ( configUSE_MUTEXES == 1 ) unsigned portBASE_TYPE uxBasePriority; /* Приоритет, назначенный задаче последним – используется механизм наследования приоритетов. */ #endif } tskTCB;
- 11. Списки
- 12. Списки Список в системе FreeRTOS является стандартным закольцованным двусвязным списком с парой интересных дополнений. struct xLIST_ITEM { portTickType xItemValue; /* Значение, помещаемое в список. В большинстве случае используется для сортировки списка в порядке уменьшения значений */ volatile struct xLIST_ITEM * pxNext; /* Указатель на следующий элемент xListItem в списке. */ volatile struct xLIST_ITEM * pxPrevious; /* Указатель на предыдущий элемент xListItem в списке. */ void * pvOwner; /* Указатель на объект (обычно блок TCB), в котором находится элемент списка. Таким образом, организуется двусвязный список между объектами, хранящимися в списке, и элементами самого списка. */ void * pvContainer; /* Указатель на список (если таковой имеется), в который этот элемент списка помещается. */ };
- 13. void * pvContainer это: typedef struct xLIST { volatile unsigned portBASE_TYPE uxNumberOfItems; volatile xListItem * pxIndex; /* Используется для прохода по списку. Указывает на последний элемент, возвращенный функцией pvListGetOwnerOfNextEntry (). */ volatile xMiniListItem xListEnd; /* Элемент списка, в котором находится максимально возможное значение, означающее, что он всегда находится в конце списка и, поэтому, используется как маркер. */ } xList; Размер списка в любое время хранится в переменной uxNumberOfItems, предназначенной для быстрого выполнения операций с размерами списков.
- 14. Списки • Поскольку списки сортируются в порядке убывания, элемент xListEnd используется как маркер начала списка. А поскольку список кольцевой, этот элемент xListEnd также является маркером конца списка. • В большинстве «традиционных» операций доступа к списку, которыми мы пользуемся, вся работа выполняется в одном цикле for() или в функции, вызываемой следующим образом: for (listPtr = listStart; listPtr != NULL; listPtr = listPtr->next) { // Что-то здесь делается с указателями listPtr ... } Каждый объект struct xListItem является, на самом деле, объектом xGenericListItem из соответствующего блока TCB.
- 15. Очереди Система FreeRTOS позволяет задачам с помощью очередей общаться и синхронизироваться друг с другом. Процедуры сервиса прерываний (ISR) также используют очереди для взаимодействий и синхронизации.
- 16. Базовая структура данных очереди выглядит следующим образом: typedef struct QueueDefinition { signed char *pcHead; /* Указывает на начало области хранения очереди. */ signed char *pcTail; /* Указывает на байт в конце области хранения очереди. Еще один байт требуется поскольку хранятся отдельные элементы очереди; он используется как маркер. */ signed char *pcWriteTo; /* Указывает на следующее свободное место в в области хранения очереди. */ signed char *pcReadFrom; /* Указывает на последнюю позицию, откуда происходило чтение очереди. */ xList xTasksWaitingToSend; /* Список задач, которые блокированы, ожидая пока не произойдет обращение к этой очереди; Запомнены в порядке приоритета. */ xList xTasksWaitingToReceive; /* Список задач, которые блокированы, ожидая пока не произойдет чтение из этой очереди; Запомнены в порядке приоритета. */ volatile unsigned portBASE_TYPE uxMessagesWaiting; /* Количество элементов, имеющихся в очереди в текущий момент. */ unsigned portBASE_TYPE uxLength; /* Длина очереди, определяемая как количество элементов, находящихся в очереди, а не как количество байтов памяти, занимаемой очередью. */ unsigned portBASE_TYPE uxItemSize; /* Размер каждого элемента, который хранится в очереди. */ } xQUEUE;
- 17. Очереди Когда создается очередь, пользователь указывает длину очереди и размер каждого элемента, который будет отслеживаться с помощью очереди. В системе FreeRTOS поддерживаются вставки и удаления в очереди с блокировкой и без блокировки. Блокирования указываются с тайм-аутом. Задача может ожидать снятия блокировки бесконечно или в течение ограниченного периода времени. В системе FreeRTOS используется список xTasksWaitingToSend для отслеживания задач, которые блокированы при выполнении операции вставки элемента в очередь. Каждый раз, когда элемент удаляется из очереди, проверяется список xTasksWaitingToSend. Если задача находится в состоянии ожидания в этом списке, то задача разблокируется. Аналогично, с помощью списка xTasksWaitingToReceive отслеживаются задачи, которые блокируются при выполнении операции удаления из очереди. Каждый раз, когда новый элемент вставляется в очередь, проверяется список xTasksWaitingToReceive. Если задача находится в состоянии ожидания в этом списке, то задача разблокируется.
- 18. Семафоры Механизм семафоров основан на механизме очередей. По большому счету API-функции для работы с семафорами представляют собой макросы — «обертки» других API- функций для работы с очередями. Семафор должен быть явно создан перед первым его использованием.
- 19. Двоичный семафор Двоичные семафоры предназначены для эффективной синхронизации выполнения задачи с возникновением прерывания. Они позволяют переводить задачу из со- стояния блокировки в состояние готовности к выполнению каждый раз, когда происходит прерывание. Организация обработки прерываний с помощью двоичных семафоров — отличное решение, если частота возникновения одного и того же прерывания не превышает некоторый порог. Если это же самое прерывание возникнет до того, как задача- обработчик завершит его обработку, то задача-обработчик не перейдет в блокированное состояние по завершении обработки предыдущего прерывания, а сразу же займется обслуживанием следующего. Предыдущее прерывание окажется потерянным.
- 20. Счетный семафор Существует два основных применения счетных семафоров: • 1. Подсчет событий. В этом случае обработчик прерывания будет отдавать семафор, то есть увеличивать его значение на единицу, когда происходит событие. Задача-обработчик будет захватывать семафор (уменьшать его значение на единицу) каждый раз при обработке события. Текущее значение семафора будет представлять собой разность между количеством событий, которые произошли, и количеством событий, которые обработаны. • 2. Управление доступом к ресурсам. В этом случае значение счетного семафора представляет собой количество доступных ресурсов. Для получения доступа к ресурсу задача должна сначала получить (захватить) семафор — это уменьшит значение семафора на единицу. Когда значение семафора станет равным нулю, это означает , что доступных ресурсов нет. Когда задача завершает работу с данным ресурсом, она отдает семафор — увеличивает его значение на единицу.
- 21. Мьютекс 2. Мьютекс используется для защиты общего ресурса. Задача включает мьютекс, использует общий ресурс, а затем отключает мьютекс. Никакая задача не может включить мьютекс, пока он включен другой задачей. 2. Мьютекс во FreeRTOS представляет собой специальный тип двоичного семафора, который используется для реализации совместного доступа к ресурсу двух или большего числа задач.
- 22. Реализация семафоров и мьютексов В системе FreeRTOS реализован N-элементный семафор в виде очереди, в которой может быть N элементов. Семафор следит за тем, сколько записей в текущий момент помещено в очередь, что осуществляется с помощью поля uxMessagesWaiting, имеющегося в очереди. Семафор реализует «чистую синхронизацию» так, как это названо в вызовах заголовочного файла semphr.h системы FreeRTOS. Поэтому размер элемента в очереди указан равным нулю байтов (uxItemSize == 0). Каждое обращение к семафору увеличивает или уменьшает на единицу значение поля uxMessagesWaiting; копирование элементов очереди или данных выполнять не требуется.
- 23. Реализация семафоров и мьютексов Точно также, как и семафоры, мьютексы реализованы в виде очередей, но в них с помощью определений #defines перегружены несколько полей xQUEUE: /* Перепределение полей структуры xQUEUE. */ #define uxQueueType pcHead #define pxMutexHolder pcTail Поскольку мьютекс не хранит никаких данных в очереди, ему не нужна внутренняя память, и, поэтому, не нужны поля pcHead и pcTail. Система FreeRTOS устанавливает поле uxQueueType (в действительности поле pcHead) равным 0, указывая, что эта очередь используется для мьютекса.
- 24. Список используемой литературы 1. http://wiki.fh-up.ru/?title=FreeRTOS 2. http://rus-linux.net/MyLDP/BOOKS/Architecture-Open- Source-Applications/Vol-2/freertos-01.html 3. http://robot-develop.org/archives/2777