4、FreeRTOS的任务创建和启动流程
在裸机系统中， 系统的主体就是 main 函数里面顺序执行的无限循环，这个无限循环里面 CPU 按照顺序完成各种事情。在多任务系统中，我们根据功能的不同，把整个系统分割成一个个独立的且无法返回的函数，这个函数我们称为任务。
STM32在执行配置初始化函数的时候， 操作系统完全都还没有涉及到， 和裸机工程里面的硬件初始化工作是一模一样的。硬件初始化完后才慢慢启动操作系统， 最后运行创建好的任务。
1、创建任务
1.1、创建静态内存的任务
（1）、定义任务函数
任务实际上就是一个无限循环且不带返回值的 C 函数。
任务必须是一个死循环，否则任务将通过 LR 返回，如果 LR 指向了非法的内存就会产生 HardFault_Handler，而 FreeRTOS 指向一个死循环，那么任务返回之后就在死循环中执行，这样子的任务是不安全的，所以避免这种情况，任务一般都是死循环并且无返回值的。
任务里面的延时函数必须使用 FreeRTOS 里面提供的延时函数，并不能使用我们裸机编程中的那种延时。这两种的延时的区别是 FreeRTOS 里面的延时是阻塞延时，即调用 vTaskDelay()函数的时候，当前任务会被挂起，调度器会切换到其它就绪的任务，从而实现多任务。如果还是使用裸机编程中的那种延时，那么整个任务就成为了一个死循环，如果恰好该任务的优先级是最高的，那么系统永远都是在这个任务中运行，比它优先级更低的任务无法运行，根本无法实现多任务 。
static void CreateAppTask(void) { while(1) { vTaskDelay(); } }
（2）、 定义任务栈
static StackType_t CreateAppTask_Stack[128]; //定义任务栈
在裸机系统中，全局变量统统放在一个叫栈的地方，栈是单片机 RAM 里面一段连续的内存空间，栈的大小一般在启动文件或者链接脚本里面指定， 最后由 C 库函数_main 进行初始化。但是， 在多任务系统中，每个任务都是独立的，互不干扰的，所以要为每个任务都分配独立的栈空间，这个栈空间通常是一个预先定义好的全局数组， 也可以是动态分配的一段内存空间，但它们都存在于 RAM 中。
在 FreeRTOS 系统中，每一个任务都是独立的，他们的运行环境都单独的保存在他们的栈空间当中。那么在定义好任务函数之后，我们还要为任务定义一个栈，目前我们使用的是静态内存，所以任务栈是一个独立的全局变量。任务的栈占用的是 MCU 内部的 RAM，当任务越多的时候，需要使用的栈空间就越大，即需要使用的RAM 空间就越多。一个 MCU 能够支持多少任务，就得看你的 RAM 空间有多少。
在大多数系统中需要做栈空间地址对齐，在 FreeRTOS 中是以 8 字节大小对齐，并且会检查堆栈是否已经对齐，其中 portBYTE_ALIGNMENT 是在 portmacro.h 里面定义的一个宏，其值为 8，就是配置为按 8 字节对齐，当然用户可以选择按 1、 2、 4、 8、 16、 32 等字节对齐，目前默认为 8，具体见代码如下：
#if portBYTE_ALIGNMENT == 8 #define portBYTE_ALIGNMENT_MASK ( 0x0007 ) #endif pxTopOfStack = pxNewTCB->pxStack + ( ulStackDepth - ( uint32_t ) 1 ); pxTopOfStack = ( StackType_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxTopOfStack ) &( ~( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ) ); /* 检查计算出的堆栈顶部的对齐方式是否正确。 */ configASSERT( ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxTopOfStack &( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) == 0UL ) );
（3）、定义任务控制块
定义好任务函数和任务栈之后，我们还需要为任务定义一个任务控制块，通常我们称这个任务控制块为任务的身份证。在 C 代码上，任务控制块就是一个结构体，里面有非常多的成员，这些成员共同描述了任务的全部信息。
static StaticTask_t CreateAppTask_TCB; //CreateAppTask任务控制块
（4）、 静态创建任务
一个任务的三要素是任务主体函数，任务栈，任务控制块，那么怎么样把这三个要素联合在一起？ FreeRTOS 里面有一个叫静态任务创建函数 xTaskCreateStatic()，它就是干这个活的。 它将任务主体函数， 任务栈（静态的）和任务控制块（静态的）这三者联系在一起，让任务可以随时被系统启动，具体见下面代码清单：
//创建 AppTaskCreate 任务 AppTaskCreate_Handle = xTaskCreateStatic( (TaskFunction_t)CreateAppTask, //任务函数(1) (const char* )"CreateAppTask", //任务名称(2) (uint32_t )128, //任务堆栈大小 (3) (void* )NULL, //传递给任务函数的参数(4) (UBaseType_t )3, //任务优先级 (5) (StackType_t* )CreateAppTask_Stack, //任务堆栈(6) (StaticTask_t* )&CreateAppTask_TCB); //任务控制块(7) if (NULL != CreateAppTask_Handle) //创建成功 vTaskStartScheduler(); //启动任务，开启调度
(1)： 任务入口函数，即任务函数的名称，需要我们自己定义并且实现。
(2)： 任务名字，字符串形式， 最大长度由FreeRTOSConfig.h 中定义的configMAX_TASK_NAME_LEN 宏指定，多余部分会被自动截掉，这里任务名字最好要与任务函数入口名字一致，方便进行调试。
(3)： 任务堆栈大小，单位为字，在 32 位的处理器下（STM32），一个字等于4个字节，那么任务大小就为 128*4 字节。
(4)： 任务入口函数形参，不用的时候配置为0或者NULL即可。
(5)： 任务的优先级。优先级范围根据 FreeRTOSConfig.h 中 的 宏configMAX_PRIORITIES 决定， 如果使能 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION，这个宏定义，则最多支持 32 个优先级；如果不用特殊方法查找下一个运行的任务，那么则不强制要求限制最大可用优先级数目。在 FreeRTOS 中， 数值越大优先级越高， 0 代表最低优先级。
(6)： 任务栈起始地址， 只有在使用静态内存的时候才需要提供， 在使用动态内存的时候会根据提供的任务栈大小自动创建。
(7)： 任务控制块指针，在使用静态内存的时候，需要给任务初始化函数 xTaskCreateStatic()传递预先定义好的任务控制块的指针。在使用动态内存的时候，任务创建函数 xTaskCreate()会返回一个指针指向任务控制块，该任务控制块是 xTaskCreate()函数里面动态分配的一块内存。
（5）、空闲任务与定时器任务堆栈函数实现
当我们使用了静态创建任务的时候， configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 这个宏定 义 必 须 为 1 （ 在 FreeRTOSConfig.h 文 件 中 ） ， 并 且 我 们 需 要 实 现 两 个 函 数 ：vApplicationGetIdleTaskMemory()与 vApplicationGetTimerTaskMemory()，这两个函数是用户设定的空闲（Idle）任务与定时器（Timer）任务的堆栈大小，必须由用户自己分配，而不能是动态分配，具体见下面代码清单。
#define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 1
/* 空闲任务任务堆栈 */ static StackType_t Idle_Task_Stack[configMINIMAL_STACK_SIZE]; /* 定时器任务堆栈 */ static StackType_t Timer_Task_Stack[configTIMER_TASK_STACK_DEPTH]; /* 空闲任务控制块 */ static StaticTask_t Idle_Task_TCB; /* 定时器任务控制块 */ static StaticTask_t Timer_Task_TCB; /** ******************************************************************* * @brief 获取空闲任务的任务堆栈和任务控制块内存 * ppxTimerTaskTCBBuffer : 任务控制块内存 * ppxTimerTaskStackBuffer : 任务堆栈内存 * pulTimerTaskStackSize : 任务堆栈大小 * @author fire * @version V1.0 * @date 2018-xx-xx ********************************************************************** */ void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,uint32_t *pulIdleTaskStackSize) { *ppxIdleTaskTCBBuffer=&Idle_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */ *ppxIdleTaskStackBuffer=Idle_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */ *pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;/* 任务堆栈大小 */ } /** ********************************************************************* * @brief 获取定时器任务的任务堆栈和任务控制块内存 * ppxTimerTaskTCBBuffer : 任务控制块内存 * ppxTimerTaskStackBuffer : 任务堆栈内存 * pulTimerTaskStackSize : 任务堆栈大小 * @author fire * @version V1.0 * @date 2018-xx-xx ********************************************************************** */ void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t **ppxTimerTaskTCBBuffer,StackType_t **ppxTimerTaskStackBuffer,uint32_t *pulTimerTaskStackSize) { *ppxTimerTaskTCBBuffer=&Timer_Task_TCB;/* 任务控制块内存 */ *ppxTimerTaskStackBuffer=Timer_Task_Stack;/* 任务堆栈内存 */ *pulTimerTaskStackSize=configTIMER_TASK_STACK_DEPTH;/* 任务堆栈大小 */ }
（6）、 启动任务
当任务创建好后，是处于任务就绪 ，在就绪态的任务可以参与操作系统的调度。但是此时任务仅仅是创建了，还未开启任务调度器，也没创建空闲任务与定时器任务（如果使能了 configUSE_TIMERS 这个宏定义），那这两个任务就是在启动任务调度器中实现，每个操作系统，任务调度器只启动一次，之后就不会再次执行了， FreeRTOS 中启动任务调度器的函数是 vTaskStartScheduler()，并且启动任务调度器的时候就不会返回，从此任务管理都由FreeRTOS 管理，此时才是真正进入实时操作系统中的第一步。
vTaskStartScheduler(); // 启动任务，开启调度
1.2、创建动态内存的任务
创建一个动态内存任务，任务使用的栈和任务控制块是在创建任务的时候FreeRTOS 动态分配的，并不是预先定义好的全局变量。那这些动态的内存堆是从哪里来？
在创建静态内存任务时，任务控制块和任务栈的内存空间都是从内部的 SRAM 里面分配的，具体分配到哪个地址由编译器决定。现在我们开始使用动态内存，即堆，其实堆也是内存，也属于 SRAM。 FreeRTOS 做法是在 SRAM 里面定义一个大数组，也就是堆内存，供 FreeRTOS 的动态内存分配函数使用，在第一次使用的时候，系统会将定义的堆内存进行初始化，这些代码在 FreeRTOS 提供的内存管理方案中实现（heap_1.c、heap_2.c、 heap_4.c 等）。
//系统所有总的堆大小 #define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(36*1024)) (1) static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ]; (2) //如果这是第一次调用 malloc 那么堆将需要初始化， 以设置空闲块列表 if (pxEnd == NULL ) { prvHeapInit(); (3) } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); }
(1)：堆内存的大小为configTOTAL_HEAP_SIZE，在FreeRTOSConfig.h 中由我们自己定义，configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 这个宏定义在使用 FreeRTOS 操作系统的时候必须开启。
(2)：从内部 SRAMM 里面定义一个静态数组 ucHeap，大小由configTOTAL_HEAP_SIZE 这个宏决定， 目前定义为 36KB。定义的堆大小不能超过内部SRAM 的总大小。
(3)：如果这是第一次调用 malloc 那么需要将堆进行初始化，以设置空闲块列表，方便以后分配内存，初始化完成之后会取得堆的结束地址，在 MemMang 中的5 个内存分配 heap_x.c 文件中实现。
（1）、定义任务函数
使用动态内存的时候，任务的主体函数与使用静态内存时是一样的，任务实际上就是一个无限循环且不带返回值的 C 函数。
任务必须是一个死循环，否则任务将通过 LR 返回，如果 LR 指向了非法的内存就会产生 HardFault_Handler，而 FreeRTOS 指向一个死循环，那么任务返回之后就在死循环中执行，这样子的任务是不安全的，所以避免这种情况，任务一般都是死循环并且无返回值的.
任务里面的延时函数必须使用 FreeRTOS 里面提供的延时函数，并不能使用我们裸机编程中的那种延时。这两种的延时的区别是 FreeRTOS 里面的延时是阻塞延时，即调用 vTaskDelay()函数的时候，当前任务会被挂起，调度器会切换到其它就绪的任务，从而实现多任务。如果还是使用裸机编程中的那种延时，那么整个任务就成为了一个死循环，如果恰好该任务的优先级是最高的，那么系统永远都是在这个任务中运行，比它优先级更低的任务无法运行，根本无法实现多任务 。
static void CreateAppTask(void) { while(1) { vTaskDelay(); } }
（2）、定义任务栈
使用动态内存的时候，任务栈在任务创建的时候创建，不用跟使用静态内存那样要预先定义好一个全局的静态的栈空间，动态内存就是按需分配内存，随用随取。
（3）、定义任务块控制指针
使用动态内存时候，不用跟使用静态内存那样要预先定义好一个全局的静态的任务控制块空间。任务控制块是在任务创建的时候分配内存空间创建，任务创建函数会返回一个指针，用于指向任务控制块，所以要预先为任务栈定义一个任务控制块指针，也是我们常说的任务句柄，具体见下面代码清单 。
/**************************** 任务句柄 ********************************/ //任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么这个句柄可以为 NULL。 static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL; //创建任务句柄 static TaskHandle_t LED_Task_Handle = NULL; //LED任务句柄
（4）、 动态创建任务
使用静态内存时，使用 xTaskCreateStatic()来创建一个任务，而使用动态内存的时，则使用 xTaskCreate()函数来创建一个任务，两者的函数名不一样，具体的形参也有区别，具体见下面代码清单。
//创建 AppTaskCreate 任务 xReturn = xTaskCreate( (TaskFunction_t )AppTaskCreate, //任务入口函数(1) (const char* )"AppTaskCreate", //任务名字(2) (uint16_t )512, //任务栈大小(3) (void* )NULL, //任务入口函数参数(4) (UBaseType_t )1, //任务的优先级(5) (TaskHandle_t* )&AppTaskCreate_Handle); //任务控制块指针(6) //启动任务调度 if (pdPASS == xReturn) vTaskStartScheduler(); //启动任务，开启调度
(1)： 任务入口函数，即任务函数的名称，需要我们自己定义并且实现。
(2)： 任务名字，字符串形式， 最大长度由 FreeRTOSConfig.h 中定义的configMAX_TASK_NAME_LEN 宏指定，多余部分会被自动截掉，这里任务名字最好要与任务函数入口名字一致，方便进行调试。
(3)： 任务堆栈大小，单位为字，在 32 位的处理器下（STM32），一个字等于 4 个字节，那么任务大小就为 128 * 4 字节。
(4)： 任务入口函数形参，不用的时候配置为 0 或者 NULL 即可。
(5)： 任务的优先级。优先级范围根据 FreeRTOSConfig.h 中的宏configMAX_PRIORITIES 决定， 如果使能 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION，这个宏定义，则最多支持 32 个优先级；如果不用特殊方法查找下一个运行的任务，那么则不强制要求限制最大可用优先级数目。在 FreeRTOS 中， 数值越大优先级越高， 0 代表最低优先级。
(6)： 任务控制块指针，在使用内存的时候，需要给任务初始化函数xTaskCreateStatic()传递预先定义好的任务控制块的指针。在使用动态内存的时候，任务创建函数 xTaskCreate()会返回一个指针指向任务控制块，该任务控制块是 xTaskCreate()函数里面动态分配的一块内存。
（5）、 启动任务
当任务创建好后，是处于任务就绪（Ready） ，在就绪态的任务可以参与操作系统的调度。但是此时任务仅仅是创建了，还未开启任务调度器，也没创建空闲任务与定时器任务（如果使能了 configUSE_TIMERS 这个宏定义），那这两个任务就是在启动任务调度器中实现，每个操作系统，任务调度器只启动一次，之后就不会再次执行了， FreeRTOS 中启动任务调度器的函数是 vTaskStartScheduler()，并且启动任务调度器的时候就不会返回，从此任务管理都由FreeRTOS 管理，此时才是真正进入实时操作系统中的第一步。
//启动任务调度 if (pdPASS == xReturn) vTaskStartScheduler(); //启动任务，开启调度 else return -1;
2、FreeRTOS的启动流程
2.1、FreeRTOS启动方式
在目前的 RTOS 中，主要有两种比较流行的启动方式，如下：
（1）、万事俱备， 只欠东风
第一种我称之为万事俱备， 只欠东风法。这种方法是在 main 函数中将硬件初始化，RTOS 系统初始化，所有任务的创建这些都弄好，这个我称之为万事都已经准备好。最后只欠一道东风，即启动 RTOS 的调度器，开始多任务的调度，具体的伪代码实现见下面代码清单。
int main (void) { HardWare_Init(); //硬件初始化(1) RTOS_Init(); //RTOS 系统初始化(2) RTOS_TaskCreate(Task1); //创建任务 1，但任务 1 不会执行，因为调度器还没有开启(3) RTOS_TaskCreate(Task2); //创建任务 2，但任务 2 不会执行，因为调度器还没有开启 //......继续创建各种任务 RTOS_Start(); //启动 RTOS，开始调度(4) } void Task1( void *arg ) (5) { while (1) { //任务实体，必须有阻塞的情况出现 } } void Task1( void *arg ) (6) { while (1) { //任务实体，必须有阻塞的情况出现 } }
(1)：硬件初始化。硬件初始化这一步还属于裸机的范畴，我们可以把需要使用到的硬件都初始化好而且测试好，确保无误。
(2)： RTOS 系统初始化。比如 RTOS 里面的全局变量的初始化，空闲任务的创建等。不同的 RTOS，它们的初始化有细微的差别
(3)：创建各种任务。这里把所有要用到的任务都创建好，但还不会进入调度，因为这个时候 RTOS 的调度器还没有开启。
(4)：启动 RTOS 调度器，开始任务调度。这个时候调度器就从刚刚创建好的任务中选择一个优先级最高的任务开始运行。
(5) (6)：任务实体通常是一个不带返回值的无限循环的 C 函数，函数体必须有阻塞的情况出现，不然任务（如果优先权恰好是最高）会一直在 while 循环里面执行，导致其它任务没有执行的机会。
（2）、小心翼翼， 十分谨慎
第二种我称之为小心翼翼， 十分谨慎法。这种方法是在 main 函数中将硬件和 RTOS 系统先初始化好，然后创建一个启动任务后就启动调度器，然后在启动任务里面创建各种应用任务，当所有任务都创建成功后，启动任务把自己删除，具体的伪代码实现见下面代码清单。
int main (void) { HardWare_Init(); //硬件初始化(1) RTOS_Init(); //RTOS 系统初始化(2) RTOS_TaskCreate(AppTaskCreate); //创建一个任务(3) RTOS_Start(); //启动 RTOS，开始调度(4) } //起始任务，在里面创建任务 void AppTaskCreate( void *arg ) (5) { RTOS_TaskCreate(Task1); //创建任务 1，然后执行(6) RTOS_TaskCreate(Task2); //当任务 1 阻塞时，继续创建任务 2，然后执行 //......继续创建各种任务 RTOS_TaskDelete(AppTaskCreate); //当任务创建完成， 删除起始任务(7) } void Task1( void *arg ) (8) { while (1) { //任务实体，必须有阻塞的情况出现 } } void Task2( void *arg ) (9) { while (1) { //任务实体，必须有阻塞的情况出现 } }
(1)：硬件初始化。来到硬件初始化这一步还属于裸机的范畴，我们可以把需要使用到的硬件都初始化好而且测试好，确保无误。
(2)： RTOS 系统初始化。比如 RTOS 里面的全局变量的初始化，空闲任务的创建等。不同的 RTOS，它们的初始化有细微的差别。
(3)：创建一个开始任务。然后在这个初始任务里面创建各种应用任务。
(4)：启动 RTOS 调度器，开始任务调度。这个时候调度器就去执行刚刚创建好的初始任务。
(5)：我们通常说任务是一个不带返回值的无限循环的 C 函数，但是因为初始任务的特殊性，它不能是无限循环的，只执行一次后就关闭。在初始任务里面我们创建我们需要的各种任务。
(6)：创建任务。每创建一个任务后它都将进入就绪态，系统会进行一次调度，如果新创建的任务的优先级比初始任务的优先级高的话，那将去执行新创建的任务，当新的任务阻塞时再回到初始任务被打断的地方继续执行。反之，则继续往下创建新的任务，直到所有任务创建完成。
(7)：各种应用任务创建完成后，初始任务自己关闭自己，使命完成。
(8) (9)：任务实体通常是一个不带返回值的无限循环的 C 函数，函数体必须有阻塞的情况出现，不然任务（如果优先权恰好是最高）会一直在 while 循环里面执行，其它任务没有执行的机会。
LiteOS 和 ucos 第一种和第二种都可以使用，由用户选择， RT-Thread 和 FreeRTOS 则默认使用第二种。接下来我们详细讲解下 FreeRTOS 的启动流程
2.2、FreeRTOS 的启动流程
在系统上电的时候第一个执行的是启动文件里面由汇编编写的复位函数Reset_Handler。复位函数的最后会调用 C 库函数__main。 __main 函数的主要工作是初始化系统的堆和栈，最后调用 C 中的 main 函数，从而去到 C 的世界。
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main
IMPORT SystemInit
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP
（1）、创建任务xTaskCreate()函数
在 main()函数中，我们直接可以对 FreeRTOS 进行创建任务操作，因为 FreeRTOS 会自动帮我们做初始化的事情，比如初始化堆内存。 FreeRTOS 的简单方便是在别的实时操作系统上都没有的，像 RT-Tharead、 LiteOS 需要我们用户进行初始化内核。
这种简单的特点使得 FreeRTOS 在初学的时候变得很简单，我们自己在 main()函数中直接初始化我们的板级外设——BSP_Init()，然后进行任务的创建即可——xTaskCreate()，在任务创建中， FreeRTOS 会帮我们进行一系列的系统初始化，在创建任务的时候，会帮我们初始化堆内存。
（2）、vTaskStartScheduler()函数
在创建完任务的时候，我们需要开启调度器，因为创建仅仅是把任务添加到系统中，还没真正调度，并且空闲任务也没实现，定时器任务也没实现，这些都是在开启调度函数vTaskStartScheduler()中实现的。为什么要空闲任务？因为 FreeRTOS 一旦启动，就必须要保证系统中每时每刻都有一个任务处于运行态（Runing），并且空闲任务不可以被挂起与删除， 空闲任务的优先级是最低的，以便系统中其他任务能随时抢占空闲任务的 CPU 使用权。这些都是系统必要的东西，也无需用户自己实现， FreeRTOS 全部帮我们搞定了。 处理完这些必要的东西之后，系统才真正开始启动。
