在嵌入式領(lǐng)域中，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的資源，簡化應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間，更好地保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。由于RTOS需占用一定的系統(tǒng)資源(尤其是RAM資源)，只有μC／OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能在小RAM單片機(jī)上運(yùn)行。相對于C／OS-II、
embOS等商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)，具有源碼公開、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運(yùn)行，其最新版本為2.6版。

1 FreeRTOS操作系統(tǒng)功能
作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時(shí)間管理、信號量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。FreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級調(diào)度算法，每個任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務(wù)先運(yùn)行。FreeRT0S內(nèi)核同時(shí)支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級，在沒有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級的任務(wù)共享CPU的使用時(shí)間。
FreeRTOS的內(nèi)核可根據(jù)用戶需要設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核或不可剝奪型內(nèi)核。當(dāng)FreeRTOS被設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核時(shí)，處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級任務(wù)能剝奪低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權(quán)，這樣可保證系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)性的要求；當(dāng)FreeRTOS被設(shè)置為不可剝奪型內(nèi)核時(shí)，處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級任務(wù)只有等當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)主動釋放CPU的使用權(quán)后才能獲得運(yùn)行，這樣可提高CPU的運(yùn)行效率。

2 FreeRTOS操作系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)
2. 1任務(wù)調(diào)度機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
任務(wù)調(diào)度機(jī)制是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的一個重要概念，也是其核心技術(shù)。對于可剝奪型內(nèi)核，優(yōu)先級高的任務(wù)一旦就緒就能剝奪優(yōu)先級較低任務(wù)的CPU使用權(quán)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。不同于μC／OS-II，F(xiàn)reeRTOS對系統(tǒng)任務(wù)的數(shù)量沒有限制，既支持優(yōu)先級調(diào)度算法也支持輪換調(diào)度算法，因此FreeRTOS采用雙向鏈表而不是采用查任務(wù)就緒表的方法來進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。系統(tǒng)定
義的鏈表和鏈表節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下所示：
typedef struct xLIST{ //定義鏈表結(jié)構(gòu)
unsigned portSHORPT usNumberOfItems;
//usNumberOfItems為鏈表的長度，為0表示鏈表為空
volatile xListItem * pxHead;//pxHead為鏈表的頭指針
volatile xListItem * pxIndex; //pxIndex指向鏈表當(dāng)前結(jié)點(diǎn)的指針
volatile xListItem xListEnd; //xListEnd為鏈表尾結(jié)點(diǎn)
}xList;
struct xLIST_ITEM { //定義鏈表結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)
port Tick type xItem Value;
//xItem Value的值用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間管理
//port Tick Type為時(shí)針節(jié)拍數(shù)據(jù)類型，
//可根據(jù)需要選擇為16位或32位
volatile struct xLIST_ITEM * pxNext;
//指向鏈表的前一個結(jié)點(diǎn)
void * pvOwner;//指向此鏈表結(jié)點(diǎn)所在的任務(wù)控制塊
void * pvContainer;//指向此鏈表結(jié)點(diǎn)所在的鏈表}；
FreeRTOS中每個任務(wù)對應(yīng)于一個任務(wù)控制塊(TCB)，其定義如下所示：
typedef struct tskTaskControlBlock {
portSTACK_TYPE * pxTopOfStack;
//指向任務(wù)堆棧結(jié)束處
portSTACK_TYPE * pxStack;
//指向任務(wù)堆棧起始處
unsigned portSHORT usStackDepth; //定義堆棧深度
signed portCHAR pcTaskName[tskMAX_TASK_NAME_LEN];//任務(wù)名稱
unsigned portCHAR ucPriority; //任務(wù)優(yōu)先級
xListItem xGenericListItem;
//用于把TCB插入就緒鏈表或等待鏈表
xListItem xEventListItem;
//用于把TCB插入事件鏈表（如消息隊(duì)列）
unsigned portCHAR ucTCBNumber; //用于記錄功能
}tskTCB;
FreeRTOS定義就緒任務(wù)鏈表數(shù)組為xList pxReady—TasksLists[portMAX_PRIORITIES]。其中portMAX_PRIORITIES為系統(tǒng)定義的最大優(yōu)先級。若想使優(yōu)先級為n的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)，需要把此任務(wù)對應(yīng)的TCB中的結(jié)點(diǎn)xGenericListltem插入到鏈表pxReadyTasksLiStS[n]中，還要把xGenericListItem中的pvContainer指向pxReadyTasksLists[n]方可實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度時(shí)，調(diào)度算法首先實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級調(diào)度。系統(tǒng)按照優(yōu)先級從高到低的順序從就緒任務(wù)鏈表數(shù)組中尋找usNumberOfItems第一個不為0的優(yōu)先級，此優(yōu)先級即為當(dāng)前最高就緒優(yōu)先級，據(jù)此實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級調(diào)度。若此優(yōu)先級下只有一個就緒任務(wù)，則此就緒任務(wù)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)；若此優(yōu)先級下有多個就緒任務(wù)，則需采用輪換調(diào)度算法實(shí)現(xiàn)多任務(wù)輪流執(zhí)行。
若在優(yōu)先級n下執(zhí)行輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)先通過執(zhí)行
(pxReadyTasksLists[n])→pxIndex=(pxReadyTasks-Lists[n])→pxlndex→pxNext語句得到當(dāng)前結(jié)點(diǎn)所指向的下一個結(jié)點(diǎn)，再通過此結(jié)點(diǎn)的pvOwner指針得到對應(yīng)的任務(wù)控制塊，最后使此任務(wù)控制塊對應(yīng)的任務(wù)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。由此可見，在FreeRTOS中，相同優(yōu)先級任務(wù)之間的切換時(shí)間為一個時(shí)鐘節(jié)拍周期。
以圖l為例，設(shè)系統(tǒng)的最大任務(wù)數(shù)為pottMAX_PRIORITIES，在某一時(shí)刻進(jìn)行