一、FreeRTOS简介
FreeRTOS 是一个可裁剪、可剥夺型的多任务内核，而且没有任务数限制。FreeRTOS 提供了实时操作系统所需的所有功能，包括资源管理、同步、任务通信等。
FreeRTOS 是用 C 和汇编来写的，其中绝大部分都是用 C 语言编写的，只有极少数的与处理器密切相关的部分代码才是用汇编写的，FreeRTOS 结构简洁，可读性很强！最主要的是非常适合初次接触嵌入式实时操作系统学生、嵌入式系统开发人员和爱好者学习。
最新版本 V9.0.0（2016年），尽管现在 FreeRTOS 的版本已经更新到 V10.4.1 了，但是我们还是选择 V9.0.0，因为内核很稳定，并且 上资料很多，因为 V10.0.0 版本之后是亚马逊收购了FreeRTOS之后才出来的版本，主要添加了一些云端组件，一般采用 V9.0.0 版本足以。
- FreeRTOS官 ：http://www.freertos.org/
- 代码托管 站：https://sourceforge.net/projects/freertos/files/FreeRTOS/
二、新建工程
1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”
3. 配置时钟
RCC 设置，选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)
4. 配置调试模式
非常重要的一步，否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
SYS 设置，选择 Debug 为 Serial Wire
在基于STM32 HAL的项目中，一般需要维护的 “时基” 主要有2个：
- HAL的时基，SYS Timebase Source
- OS的时基（仅在使用OS的情况下才考虑）
而这些 “时基” 该去如何维护，主要分为两种情况考虑：
-
裸机运行：
可以通过 （滴答定时器）或 （）定时器 的方式来维护 ，也就是HAL库中的 ，这是HAL库中维护的一个全局变量。在裸机运行的情况下，我们一般选择默认的 （滴答定时器） 方式即可，也就是直接放在 中断服务函数中来维护。 -
带OS运行：
前面提到的 是STM32的HAL库中的新增部分，主要用于实现 以及作为各种 timeout 的时钟基准。在使用了OS（操作系统）之后，OS的运行也需要一个时钟基准（简称“时基”），来对任务和时间等进行管理。而OS的这个 时基 一般也都是通过 （滴答定时器） 来维护的，这时就需要考虑 “HAL的时基” 和 “OS的时基” 是否要共用 （滴答定时器） 了。
如果共用SysTick，当我们在CubeMX中选择启用FreeRTOS之后，在生成代码时，CubeMX一定会 如下提示：
五、UART串口打印
查看 STM32CubeMX学习笔记（6）——USART串口使用
六、生成代码
输入项目名和项目路径
七、内存管理
7.1 基本概念
FreeRTOS 操作系统将内核与内存管理分开实现，操作系统内核仅规定了必要的内存管理函数原型，而不关心这些内存管理函数是如何实现的，所以在 FreeRTOS 中提供了多种内存分配算法（分配策略），但是上层接口（API）却是统一的。这样做可以增加系统的灵活性：用户可以选择对自己更有利的内存管理策略，在不同的应用场合使用不同的内存分配策略。
在嵌入式程序设计中内存分配应该是根据所设计系统的特点来决定选择使用动态内存分配还是静态内存分配算法，一些可靠性要求非常高的系统应选择使用静态的，而普通的业务系统可以使用动态来提高内存使用效率。静态可以保证设备的可靠性但是需要考虑内存上限，内存使用效率低，而动态则是相反。
每当任务，队列或是信 量被创建时，内核需要进行动态内存分配。虽然可以调用标准的 malloc()与 free()库函数，但必须承担以下若干问题：
- 这两个函数在小型嵌入式系统中可能不可用，小型嵌入式设备中的 RAM 不足。
- 这两个函数的具体实现可能会相对较大，会占用较多宝贵的代码空间。
- 这两个函数通常不具备线程安全特性。
- 这两个函数具有不确定性。每次调用时的时间开销都可能不同。
- 这两个函数会产生内存碎片。
- 这两个函数会使得链接器配置得复杂。
FreeRTOS 对内存管理做了很多事情，FreeRTOS 的 V9.0.0 版本为我们提供了 5 种内存管理算法，分别是 heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c、heap_5.c，源文件存放于 FreeRTOSSourceportableMemMang 路径下，在使用的时候选择其中一个添加到我们的工程中去即可。
FreeRTOS 的内存管理模块通过对内存的申请、释放操作，来管理用户和系统对内存的使用，使内存的利用率和使用效率达到最优，同时最大限度地解决系统可能产生的内存碎片问题。
7.2 内存管理方案
heap1.c 方案具有以下特点：
- 用于从不删除任务、队列、信 量、互斥量等的应用程序（实际上大多数使用 FreeRTOS 的应用程序都符合这个条件）。
- 函数的执行时间是确定的并且不会产生内存碎片。
7.2.2 heap_2.c
heap_2.c 方案与 heap_1.c 方案采用的内存管理算法不一样，它采用一种最佳匹配算法(best fit algorithm)，比如我们申请 100 字节的内存，而可申请内存中有三块对应大小 200 字节， 500 字节和 1000 字节大小的内存块，按照算法的最佳匹配，这时候系统会把 200 字节大小的内存块进行分割并返回申请内存的起始地址，剩余的内存则插回链表留待下次申请。heap_2.c 方案支持释放申请的内存，但是它不能把相邻的两个小的内存块合成一个大的内存块，对于每次申请内存大小都比较固定的，这个方式是没有问题的，而对于每次申请并不是固定内存大小的则会造成内存碎片，后面要讲解的 heap_4.c 方案采用的内存管理算法能解决内存碎片的问题，可以把这些释放的相邻的小的内存块合并成一个大的内存块。
同样的，内存分配时需要的总的内存堆空间由文件 中的宏 配置，单位为字。通过调用函数 xPortGetFreeHeapSize() 我们可以知道还剩下多少内存没有使用，但是并不包括内存碎片，这样一来我们可以实时的调整和优化 的大小。
heap_3.c 方案具有以下特点：
- 需要链接器设置一个堆，malloc()和 free()函数由编译器提供。
- 具有不确定性。
- 很可能增大 RTOS 内核的代码大小。
要注意的是在 使 用 heap_3.c 方 案 时 ， FreeRTOSConfig.h 文件中的 宏定义不起作用。在 STM32 系列的工程中，这个由编译器定义的堆都在启动文件里面设置，单位为字节，我们具体以 STM32F10x 系列为例
heap_4.c 方案具有以下特点：
- 可用于重复删除任务、队列、信 量、互斥量等的应用程序。
- 可用于分配和释放随机字节内存的应用程序，但并不像 heap2.c 那样产生严重的内存碎片。
- 具有不确定性，但是效率比标准 C 库中的 malloc 函数高得多。
7.2.5 heap_5.c
heap_5.c 方案在实现动态内存分配时与 heap4.c 方案一样，采用最佳匹配算法和合并算法，并且允许内存堆跨越多个非连续的内存区，也就是允许在不连续的内存堆中实现内存分配，比如用户在片内 RAM 中定义一个内存堆，还可以在外部 SDRAM 再定义一个或多个内存堆，这些内存都归系统管理。
heap_5.c 方案通过调用 vPortDefineHeapRegions()函数来实现系统管理的内存初始化，在内存初始化未完成前不允许使用内存分配和释放函数。如创建 FreeRTOS 对象（任务、队列、信 量等）时会隐式的调用 pvPortMalloc()函数，因此必须注意：使用 heap_5.c 内存管理方案创建任何对象前，要先调用 vPortDefineHeapRegions()函数将内存初始化。
heap_5.c 方案具有以下特点：
- 可用于重复删除任务、队列、信 量、互斥量等的应用程序。
- 可用于分配和释放随机字节内存的应用程序，但并不像 heap2.c 那样产生严重的内存碎片。
- 具有不确定性，但是效率比标准 C 库中的 malloc 函数高得多。
- 允许内存堆跨越多个非连续的内存区，也就是允许在不连续的内存堆中实现内存分配。
八、相关API说明
8.1 osPoolCreate
创建内存池。
函数 osPoolId osPoolCreate (const osPoolDef_t *pool_def) 参数 pool_def： 引用由osThreadDef定义的任务 返回值 成功返回内存池ID，失败返回0 8.2 osPoolAlloc
通过内存池开辟空间。
函数 void *osPoolAlloc (osPoolId pool_id) 参数 pool_id： 内存池ID 返回值 成功返回分配的内存块地址，失败返回0 8.3 osPoolCAlloc
通过内存池开辟空间，并初始化为0。
函数 void *osPoolCAlloc (osPoolId pool_id) 参数 pool_id： 内存池ID 返回值 成功返回分配的内存块地址，失败返回0 8.4 osPoolFree
释放开辟的空间。
函数 osStatus osPoolFree (osPoolId pool_id, void *block) 参数 pool_id： 内存池ID 要返回内存池的内存块地址
返回值 错误码 九、示例
Memory Handler定义
Memory分配
十、注意事项
用户代码要加在 和 之间，否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后，会被删除。
由 Leung 写于 2022 年 1 月 6 日
参考：FreeRTOS STM32CubeMX配置 内存管理 任务管理
STM32内存结构介绍，FreeRTOS内存分配技巧，Stack_Size和Heap_Size大小设置
STM32CubeIDE（十一）：FreeRTOS选项中Disable、CMSIS_V1和CMSIS_V2的区别
HAL库中的 SYS Timebase Source 和 SysTick_Handler()声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！