FreeRTOS与lwip讲义

简介：
本讲义深入讲解了FreeRTOS实时操作系统和LwIP网络协议栈的基础知识及应用开发技巧，适合嵌入式系统开发者学习。 实时操作系统（RTOS）是一种专注于满足时间响应需求的操作系统类型。它的主要目标是确保在预定的时间内完成任务处理，并且它与传统的通用操作系统（如Linux、Windows）相比，在多任务调度机制上有本质的区别，主要是通过不同的策略来保证确定性的执行顺序和及时性。 FreeRTOS是一个流行的开源实时操作系统，专为小型微控制器设计，支持任务调度、同步和通信等功能。然而，它不提供文件系统或设备驱动程序等服务。它的目标是小巧且快速的运行速度，并适合低功耗的应用场景。通过MIT许可证发布，FreeRTOS具有无Tick选项的功能，能够提供快速软件定时器以及通知机制，并具备优先级继承互斥锁特性，使其使用起来相对简便。 实时操作系统的调度确定性主要依赖于设置执行线程的优先级来实现，确保高优先级的任务可以获取到处理器资源。而通用操作系统则更加注重保障每个任务都有一定的运行机会，尽量让高优先级的任务获得更多的处理时间。然而，即使采用了RTOS，也不能保证系统一定具备实时性能；还需要根据系统的规模和任务调度可行性进行细致分析。 在FreeRTOS中，程序入口是main函数，在初始化阶段会创建并启动各个任务以及最终的调度器。每个任务都是独立执行体，并且拥有自己的堆栈空间。它们通常以无限循环的方式运行，不允许使用return语句退出；如果一个任务不再需要，则必须显式地删除它来释放资源。FreeRTOS的任务调度由优先级决定：具有较高优先级的任务会首先得到处理。 时间管理方面，FreeRTOS通过设定每个任务的时间片（每次执行的最大时长）来进行控制，在每段时间结束时系统会根据时钟中断选择下一个要运行的任务，并计算其新的时间片长度。此外，任务还可以进入阻塞状态直到等待的事件发生为止。 相比通用操作系统如Linux，FreeRTOS在多个方面有所不同：它提供简单的内存管理机制、没有用户文件系统的支持等特性；而Linux则具有复杂的内存管理和区分内核与用户空间的功能，并且提供了多用户的文件系统和同步线程安全机制。因此，在选择实时操作系统或具体使用哪种类型的RTOS时，需要根据应用场景的具体需求做出决定。对于要求较高的应用来说，除了采用RTOS之外还应该对任务调度进行科学分析以确保满足实时性要求。