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STM32F103移植FreeRTOS必须搞明白的系列知识---4（FreeRTOSConfig.h配置文件）

news 来源：原创 2024/4/26 7:41:59

STM32F103移植FreeRTOS必须搞明白的系列知识---1（Cortex-CM3中断优先级）

STM32F103移植FreeRTOS必须搞明白的系列知识---2（FreeRTOS任务优先级）

STM32F103移植FreeRTOS必须搞明白的系列知识---3（堆栈）

STM32F103移植FreeRTOS必须搞明白的系列知识---4（FreeRTOSConfig.h配置文件）
 

目录

一、FreeRTOSConfig.h配置文件概述

二、configCPU_CLOCK_HZ

三、configTICK_RATE_HZ

四、configMAX_PRIORITIES

五、configMINIMAL_STACK_SIZE

六、configTOTAL_HEAP_SIZE

七、configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

八、configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 

九、实例

       1、配置configMAX_PRIORITIES

       2、配置configTOTAL_HEAP_SIZE

        3、配置configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

        4、配置configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

        5、创建5个任务

        6、配置NVIC中断优先级组和抢占优先级和响应优先级

一、FreeRTOSConfig.h配置文件概述

        FreeRTOSConfig.h配置文件是由FreeRTOS官网提供给用户针对具体的某一款MCU并且独立于FreeRTOS内核的配置文件。

        要想实现STM32F103移植，必须熟悉FreeRTOSConfig.h配置文件中的以下几项（注：博主使用的FreeRTOS版本为FreeRTOS Kernel V10.2.1）。

         1、configCPU_CLOCK_HZ

         2、configTICK_RATE_HZ

         3、configMAX_PRIORITIES

         4、configMINIMAL_STACK_SIZE

         5、configTOTAL_HEAP_SIZE

         6、configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

         7、configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 

二、configCPU_CLOCK_HZ

        写入实际的CPU内核时钟频率，也就是CPU指令执行频率。（stm32f103芯片的晶振为72MHZ。）

​        配置此值是为了正确的配置系统节拍中断周期。

        例如，在STM32F10X中，FreeRTOS Kernel V10.2.1

#define configCPU_CLOCK_HZ            ( ( unsigned long ) 72000000 )

三、configTICK_RATE_HZ

        FreeRTOS系统自己的节拍中断的频率。即一秒中断的次数，每次中断FreeRTOS都会进行任务调度。

        系统节拍中断用来测量时间，因此，越高的测量频率意味着可测到越高的分辨率时间。但是，高的系统节拍中断频率也意味着RTOS内核占用更多的CPU时间，因此会降低效率。RTOS演示例程都是使用系统节拍中断频率为1000HZ，这是为了测试RTOS内核，比实际使用的要高。（实际使用时不用这么高的系统节拍中断频率）
  多个任务可以共享一个优先级，RTOS调度器为相同优先级的任务分享CPU时间，在每一个RTOS 系统节拍中断到来时进行任务切换。高的系统节拍中断频率会降低分配给每一个任务的“时间片”持续时间。

  例如，在STM32F10X中，FreeRTOS Kernel V10.2.1

#define configTICK_RATE_HZ            ( ( TickType_t ) 1000 )

  表示滴答中断（SYSTICK）1毫秒中断1次。

  如果想让滴答中断（SYSTICK）100微秒中断1次，可以如下进行配置

#define configTICK_RATE_HZ            ( ( TickType_t ) 100 )


四、configMAX_PRIORITIES

        配置应用程序最大可用的优先级数目。

  在FreeRTOS内核中，每个有效优先级都会消耗一定量的RAM，因此这个值最好不要超过你的应用实际需要的优先级数目，FreeRTOS官网建议，宏configMAX_PRIORITIES最大数目不要超过32，那么工程项目可以使用的任务的优先级号范围为（0～31）。

        每一个任务都会被分配一个优先级，任务的优先级值在0~ （configMAX_PRIORITIES - 1）之间。

        FreeRTOS任务优先级数值越小，表示任务优先级越低；FreeRTOS任务优先级数值越大，表示任务优先级越高。

        空闲任务的优先级为0（tskIDLE_PRIORITY），因此它是最低优先级任务。

        例如，在STM32F103中，FreeRTOS Kernel V10.2.1

#define configMAX_PRIORITIES		( 5 )

        程序中给任务分配优先级时，可用的优先级号为：（0～configMAX_PRIORITIES-1）。

        #define configMAX_PRIORITIES=5，因此工程项目中任务可用的优先级号范围为（0～4）。优先级号0被FreeRTOS内核固定分配给空闲任务；优先级号1，优先级号2，优先级号3，优先级号4都可以分配给用户任务。
        警告：优先级号5禁止分配给任务。如果优先级号5分配给任务，则会造成系统崩溃。

五、configMINIMAL_STACK_SIZE

        定义空闲任务使用的堆栈大小。

        通常此值不应小于对应处理器演示例程文件FreeRTOSConfig.h中定义的数值。

       例如，在STM32F103中，FreeRTOS Kernel V10.2.1

#define configMINIMAL_STACK_SIZE	( ( unsigned short ) 128 )

       在STM32F103中，堆栈大小不是以字节为单位，而是以字为单位的。在32位架构下，栈大小为128表示栈内存占用128*4=512字节的空间。

六、configTOTAL_HEAP_SIZE

        配置FreeRTOS任务栈可用的RAM总量。

        工程项目分配的所有任务都在该区域申请用户栈，每个任务的形参、非静态局部变量以及函数调用信息也在该区域申请空间。也就是说，工程项目中动态创建的每一个任务，都需要从configTOTAL_HEAP_SIZE空间申请栈区（称之为任务栈）。

        工程项目中动态创建的每个任务从configTOTAL_HEAP_SIZE空间申请到栈区（称之为任务栈）后，该任务的形参、非静态局部变量以及函数调用信息都会使用这个栈区（称之为任务栈）进行入栈和出栈。

        例如，在STM32F10X中，FreeRTOS Kernel V10.2.1

#define configTOTAL_HEAP_SIZE		( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )

        如果实际工程项目创建的任务比较大，可以增加configTOTAL_HEAP_SIZE空间，例如：

#define configTOTAL_HEAP_SIZE		( ( size_t ) ( 25 * 1024 ) )

七、configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

        设置FreeRTOS内核的中断优先级（内核PendSV中断和SysTick中断使用的中断优先级），因为FreeRTOS内核中断（PendSV中断和SysTick中断）不允许抢占用户使用的中断（例如：用户的USART1中断，用户的SPI1中断），因此这个宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY一般定义为硬件最低优先级（例如：15）。

        对于STM32F103 Cortex-M3 内核而言，硬件最低优先级为15。因此宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY=255，参见下图。

/* This is the raw value as per the Cortex-M3 NVIC.  Values can be 255
(lowest) to 0 (1?) (highest). */
/*这是Cortex-M3 NVIC的原始值。值可以是255（最低）到0（1？）（最高）*/ 
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 		255

        configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY=255和中断优先级15有什么联系呢？

        （1）、对于STM32F103Cortex-M3内核，只使用了8位中的高四位[7:4]作为中断优先级，低四位无任何意义，一般填充1。

        （2）、configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY=255，而255=1111 1111B，高4位的1111B=0x0F=15。所以，255就表示FreeRTOS内核的中断优先级号=15。

提示：

        （1）、宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY用于设置FreeRTOS内核PendSV中断和SysTick（滴答定时器）中断的中断优先级。

        （2）、port.c 中有如下定义：

#define portNVIC_PENDSV_PRI ( ( ( uint32_t ) configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) << 16UL )
#define portNVIC_SYSTICK_PRI ( ( ( uint32_t ) configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) << 24UL )

八、configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 

        配置可受FreeRTOS内核控制的最高中断优先级号，这个宏配置的中断优先级号范围为（1～15），禁止将宏configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY设置为0。

       警告：宏configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的设置范围为1～15，千万不能将宏configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY设置为0。因为中断优先级号0是专门用于SVC中断启动任务使用的。（内核启动中断vTaskStartScheduler()）

        优先级号低于这个宏（configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）的硬件中断，不受FreeRTOS管控，FreeRTOS无权用taskENTER_CRITICAL()函数禁止这些硬件中断，同时也不能在这些硬件中断中调用任何FreeRTOS API函数，否则系统会有崩溃的风险。优先级号高于这个宏（configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）的硬件中断，才接受FreeRTOS的管控，FreeRTOS可以用taskENTER_CRITICAL()函数禁止这些硬件中断，FreeRTOS可以在这些硬件中断中调用FreeRTOS API函数，

        在文件portmacro.h 中，将宏（configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY） 写入到BASEPRI 寄存器，最终对应于taskENTER_CRITICAL()函数，参见下图。

static portFORCE_INLINE uint32_t ulPortRaiseBASEPRI( void )
{

uint32_t ulReturn, ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;
__asm
{

/* Set BASEPRI to the max syscall priority to effect a critical section. */
mrs ulReturn, basepri //先读出 BASEPRI 的值，保存在 ulReturn 中
msr basepri, ulNewBASEPRI //将 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 写入到寄存器 BASEPRI 中。
dsb
isb
}
return ulReturn; //返回 ulReturn，退出临界区代码保护的时候要使用到此值
}

        例如，在STM32F10X中，FreeRTOS Kernel V10.2.1

/* !!!! configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY must not be set to zero !!!!
See http://www.FreeRTOS.org/RTOS-Cortex-M3-M4.html. */
/* !!!! configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY不能设置为零！！！！ */
/*相当于0x5F或优先级5*/
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 95 /*equivalent to 0x50, or priority 5. */

        上面的代码中，配置宏configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY中断优先级号为5。

        configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY=95和中断优先级号5有什么联系呢？

        （1）、对于STM32F103Cortex-M3内核，只使用了8位中的高四位[7:4]作为中断优先级，低四位无任何意义，一般填充1。

        （2）、configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY=95，而95=0101 1111B，高4位的0101B=0x05=5。所以，95就表示可受FreeRTOS管控的起始中断优先级号=5。

        1、如果配置configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY = 95（0x5F也即中断优先级号为5），那么，中断优先级号为0～4  的中断不受FreeRTOS控制，用户不能在中断优先级号为0～4  的中断服务程序中调用以​FromISR结尾的API函数，否则会造成系统崩溃。

        2、如果配置configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY = 95（0x5F也即中断优先级号为5），那么，中断优先级号为5～15  的中断可以接受FreeRTOS控制，用户可以在中断优先级号为5～15  的中断服务程序中调用以​FromISR结尾的API函数。

        3、如果用户在用户任务中调用关闭中断的API函数taskENTER_CRITICAL(); 如果中断优先级号为0～4的中断触发，那么用户关中闭断的操作不起任何作用，程序仍然会跳转到中断优先级号为0～4 的中断服务程序中执行。中断优先级号为0～4的中断称之为不受FreeRTOS控制的中断（原因：configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY宏配置的优先级号为5，优先级号5及5以上的硬件中断才受FreeRTOS控制的控制；优先级号低于5以下的中断不受FreeRTOS控制的控制）。

        4、如果用户在用户任务中调用关闭中断的API函数taskENTER_CRITICAL(); 如果中断优先级号为5～15的中断触发，那么用户关闭中断的操作起作用，程序不会跳转到中断优先级号为5～15的中断服务程序中，仍然会执行用户任务中的程序，只有当用户任务中执行开中断API函数taskEXIT_CRITICAL();，系统才会去响应中断优先级号为5～15的中断，跳转到中断优先级号为5～15的中断服务程序中执行。

九、实例

       实际的工程项目需要：3个串口中断（USART1，USART2，USART3）,1个定时器TIM2中断，创建5个任务，请问：该如何配置FreeRTOSConfig.h。

       1、配置configMAX_PRIORITIES

             由于需要创建5个任务，因此宏configMAX_PRIORITIES=6。

#define configMAX_PRIORITIES		( 6 )

             任务优先级号1，分配给用户任务vTaskVoltage_Task(void *pvParameters)

             任务优先级号2，分配给用户任务vTaskDT_Poll_Task(void *pvParameters)

             任务优先级号3，分配给用户任务vTaskDT_Parse_Task(void *pvParameters)

             任务优先级号4，分配给用户任务vFreeModbus_Task(void *pvParameters)

             任务优先级号5，分配给用户任务vGPS_Task(void *pvParameters)

       2、配置configTOTAL_HEAP_SIZE

#define configTOTAL_HEAP_SIZE		( ( size_t ) ( 20 * 1024 ) )

        3、配置configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

        设置FreeRTOS内核的中断优先级=15。（内核PendSV中断和SysTick中断使用的中断优先级）    

/* This is the raw value as per the Cortex-M3 NVIC.  Values can be 255
(lowest) to 0 (1?) (highest). */
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 		255

        4、配置configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

        设置可受FreeRTOS内核控制的最高中断优先级号=5。

        （1）、中断优先级号为0的中断禁止用户配置。

        （2）、中断优先级号为1～4的中断不受FreeRTOS内核控制。

        （3）、中断优先级号为5～15的中断受FreeRTOS内核控制。

/* !!!! configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY must not be set to zero !!!!
See http://www.FreeRTOS.org/RTOS-Cortex-M3-M4.html. */
/* !!!! configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY不能设置为零！！！！ */
/*相当于0x5F或优先级5*/
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 95 /*equivalent to 0x50, or priority 5. */

        5、创建5个任务

	xTaskCreate( vTaskVoltage_Task,     	// 任务函数  
                 "vTaskStart",   			// 任务名    
                 512,            			// 任务栈大小，单位word，也就是4字节 
                 NULL,           			// 任务参数  
                 tskIDLE_PRIORITY + 1, 		// 任务优先级
                 &xHandleTaskVoltage);   	// 任务句柄  
	
	xTaskCreate( vTaskDT_Poll_Task,    		// 任务函数  
                 "vTaskDT_Poll",   				// 任务名    
                 //configMINIMAL_STACK_SIZE,// 任务栈大小，单位word，也就是4字节
				 512,            			// 任务栈大小，单位word，也就是4字节 
                 NULL,           			// 任务参数  
                 tskIDLE_PRIORITY + 2,		// 任务优先级
                 &xHandleTaskDT);  			// 任务句柄  		

	xTaskCreate( vTaskDT_Parse_Task,    	// 任务函数  
                 "vTaskDT_Parse",   		// 任务名    
                 //configMINIMAL_STACK_SIZE,// 任务栈大小，单位word，也就是4字节
				 512,            			// 任务栈大小，单位word，也就是4字节 
                 NULL,           			// 任务参数  
                 tskIDLE_PRIORITY + 3,		// 任务优先级
                 &xHandleTaskDT);  			// 任务句柄  				
			 
	xTaskCreate( vFreeModbus_Task,     		// 任务函数  
                 "vFreeModbus",   			// 任务名    
                 512,            			// 任务栈大小，单位word，也就是4字节 
                 NULL,           			// 任务参数  
                 tskIDLE_PRIORITY + 4,		// 任务优先级
                 &xHandleTaskFreeModbus);  	// 任务句柄  
			 

	xTaskCreate( vGPS_Task,     			// 任务函数  
                 "vGPS",   					// 任务名    
                 512,            			// 任务栈大小，单位word，也就是4字节 
                 NULL,           			// 任务参数  
                 tskIDLE_PRIORITY + 5,		// 任务优先级
                 &xHandleTaskGps);   		// 任务句柄

        6、配置NVIC中断优先级组和抢占优先级和响应优先级

        （1）、优先级分组设置为NVIC_PriorityGroup_4

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); 

        中断优先级号为1～4的中断不受FreeRTOS内核控制，中断优先级号为5～15的中断受FreeRTOS内核控制。

        （2）、设置USART1的抢占优先级号=5

        （3）、设置USART2的抢占优先级号=6

        （4）、设置USART4的抢占优先级号=7

        （5）、设置TIM2定时中断的抢占优先级号=8

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;	 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 5;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;	 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 6;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	
	
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;	 
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 7;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

致谢：

(20条消息) FreeRTOS内核配置说明---FreeRTOS Kernel V10.2.1_ba_wang_mao的博客-CSDN博客

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