本文最后更新于 2025-06-10，学习久了要注意休息哟

第一章 Freertos_源码结构

1.1 源码获取

1.1.1 官网获取

我们可以从 FreeRTOS 官网获取最新版本的内核源码，适合初学者查阅官方文档与下载稳定版本。

官网地址：www.freertos.org

1.1.2 GitHub 获取

如果你想获取 FreeRTOS 的最新开发版本或完整仓库结构（包括 Plus 模块），可以从 GitHub 下载：

下载地址：FreeRTOS · GitHub

1.1 源码结构

下载并解压 FreeRTOS 源码压缩包后，会得到如下目录结构：

文件结构说明如下：

🔹 开发与移植中，我们实际只需要关注 FreeRTOS 这个文件夹，其他内容可以忽略。

1.2.1 FreeRTOS 文件夹

打开 FreeRTOS 文件夹，目录结构如下图所示：

各文件夹说明如下：

✅ 我们主要使用的是 Demo 和 Source 文件夹，其他可暂时忽略。

1.2.2 Source 文件夹

打开 FreeRTOS\Source 文件夹后，你会看到如下内容：

| 名称 | 描述 | 是否必须 |
| ————— | ——————- | —- |
| include | FreeRTOS 内核头文件 | ✅ 必须 |
| portable | 与平台相关的移植文件（如STM32） | ✅ 必须 |
| croutine.c | 协程功能源文件（可选） | ❌ 可选 |
| event_groups.c | 事件组功能源文件（可选） | ❌ 可选 |
| list.c | FreeRTOS 核心列表结构支持 | ✅ 必须 |
| queue.c | 消息队列功能实现 | ✅ 必须 |
| stream_buffer.c | 流式缓冲区（高级功能，可选） | ❌ 可选 |
| tasks.c | 核心任务调度逻辑实现 | ✅ 必须 |
| timers.c | 软件定时器实现（如 xTimer） | ❌ 可选 |

1、include 文件夹

此文件夹中包含了所有 FreeRTOS 内部使用的 .h 头文件，在程序开发时必须包含。

2、portable 文件夹

该文件夹是平台相关的移植层实现，比如 Cortex-M4 架构下的 ARM_CM4F 文件夹中会包含上下文切换、启动文件等代码。

1.2.2 Demo 文件夹

该文件夹中提供了大量示例工程，用于不同芯片、开发板的快速上手。我们只需找到与我们目标芯片匹配的文件夹即可。

✅ 本课程使用的芯片为 STM32F407IGH6，所以选择路径：

Demo/CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK/

在这个示例工程中，最重要的文件是 FreeRTOSConfig.h，它是整个系统配置的核心文件，几乎所有内核行为都由此文件控制。

第二章 Freertos_系统移植

2.1 添加内核源码文件

2.1.1 工程中创建文件夹

在工程根目录下，新建一个 FreeRTOS 文件夹：

在 FreeRTOS 中创建Source 、portable、include 三个文件夹。
Source（存放内核源文件）
portable（移植层）
include（头文件）

2.1.2 复制`Source`文件

将 FreeRTOS 内核中的 .c 文件，复制到工程的 FreeRTOS/Source 文件夹中。

文件说明：

tasks.c：任务调度器主逻辑
queue.c：队列机制实现
list.c：内核链表支持
其他文件为扩展功能，如 timers.c 可选

复制完成示意：

2.1.3 复制`include`文件

将官方源码中的 include 文件夹下所有 .h 文件复制到工程中的 FreeRTOS/include/ 文件夹：

这些头文件是任务/时间管理/内存分配等 API 的声明集合，必须添加。

2.1.4 复制`portable`文件

1、复制 `ARM_CM4F` 文件夹

此部分为架构相关移植代码，平台不同拷贝内容不同。本工程为 STM32F407（Cortex-M4F）：

去到 RVDS 文件夹中，复制 ARM_CM4F 文件。

FreeRTOS/portable/RVDS/ARM_CM4F

2、复制 `MemMang` 文件夹

复制内存算法文件夹

只需一种内存管理方式，例如FreeRTOS/portable/MemMang/heap_4.c

2.1.5 复制配置文件

复制源码的 Demo\CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK\FreeRTOSConfig.h 文件到工程目录下的 Core 文件夹下。

这个文件非常重要，系统功能裁剪与参数配置都靠它控制！

2.2 配置工程环境

2.2.1 工程中添加源码分组

在 Keil 的 Group 中创建两个新分组：

FreeRTOS\Source
FreeRTOS\portable

2.2.2 添加头文件搜索路径

依次添加如下路径（保证 #include 无报错）：

.\FreeRTOS\include
.\FreeRTOS\portable\RVDS\ARM_CM4F

操作如下：

2.2.3 工程中添加文件

1、向 `FreeRTOS\portable` 中添加

port.c：平台上下文切换逻辑
heap_4.c：内存管理实现

2、向 `FreeRTOS\Source` 中添加

包括：

tasks.c
queue.c
list.c 等核心文件

3、添加 `FreeRTOSConfig.h` 文件

将 FreeRTOSConfig.h 添加到 Core 分组中：

2.3 裁剪内核源码

完成前面文件复制与添加后，在编译工程时，可能会出现如下报错：

..\FreeRTOS\portable\ARM_CM4F\port.c(788): error: #20: identifier "SystemCoreClock" is undefined  
portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;

这是因为 FreeRTOS 的内核代码中使用了 SystemCoreClock，但当前编译器未包含它的声明。

1、修改 `FreeRTOSConfig.h` 中的条件编译

打开 FreeRTOSConfig.h，找到如下语句（大约在第 44 行）：

#ifdef __ICCARM__

将其修改为：

#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)

这样就可以在不同编译器下正常声明 SystemCoreClock。

2、解决中断函数重复定义问题

修改完后重新编译，可能会遇到如下报错：

..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6200E: Symbol PendSV_Handler multiply defined (by port.o and stm32f4xx_it.o).
..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6200E: Symbol SVC_Handler multiply defined (by port.o and stm32f4xx_it.o).
..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6200E: Symbol SysTick_Handler multiply defined (by port.o and stm32f4xx_it.o).

这说明 port.c 中的中断处理函数，与 stm32f4xx_it.c 中重复定义了。

解决办法：打开 stm32f4xx_it.c 文件，注释掉以下三个中断函数：

// void SVC_Handler(void) { ... }
// void PendSV_Handler(void) { ... }
// void SysTick_Handler(void) { ... }

3、钩子函数未定义问题

再次编译，可能会出现以下链接错误：

..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationMallocFailedHook (referred from heap_4.o).
..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationIdleHook (referred from tasks.o).
..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationStackOverflowHook (referred from tasks.o).
..\Output\Objects\temp.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationTickHook (referred from tasks.o).

这说明你在配置文件中启用了 HOOK 钩子函数，但工程中并未定义它们。

4、临时关闭所有 HOOK 钩子函数

打开 FreeRTOSConfig.h，将以下几项修改为 0：

#define configUSE_IDLE_HOOK             0
#define configUSE_TICK_HOOK             0
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW  0
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK    0

这表示暂时不使用钩子机制，让系统先正常启动起来。

当然，你也可以直接在主函数中，编写这些勾子函数，如下

// 空闲钩子函数
// 当系统中没有其他任务可运行时，空闲任务会执行这个函数。
// 目前我们不需要在空闲时做额外事情，所以留空即可。
void vApplicationIdleHook(void) { }

// Tick钩子函数
// 每次系统节拍中断（比如每 1ms）都会调用一次此函数。
// 当前不使用该钩子功能，留空实现。
void vApplicationTickHook(void) { }

// 内存分配失败钩子函数
// 如果使用了动态内存（如 xTaskCreate），而内存不足时会触发此函数。
// 建议进入死循环，防止继续运行造成更严重问题。x
void vApplicationMallocFailedHook(void)
{
    while (1); // 内存分配失败，程序停在这里
}

// 堆栈溢出钩子函数
// 如果任务堆栈使用超过限制（需配置堆栈溢出检测）会调用此函数。
// 通常用于捕捉任务栈异常，可打断点调试。
void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName)
{
    while (1); // 任务堆栈溢出
}

2.4 编写任务调度示例

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"


// ------------ 任务函数定义 ------------
void Task1(void *pvParameters)
{
    printf("Task1\r\n");
    while (1)
    {
        // D2
        GPIO_ToggleBits( GPIOF , GPIO_Pin_8);
        vTaskDelay(500); // 延时500个Tick，等于500ms
    }
}

void Task2(void *pvParameters)
{
    printf("Task2\r\n");
    while (1)
    {
        GPIO_ToggleBits( GPIOA , GPIO_Pin_15 );
        vTaskDelay(300); // 延时500ms
    }
}

int main()
{
    // 初始化
    Main_Init();

    // 创建任务
    xTaskCreate(Task1, "Task1", 128, NULL, 2, NULL);
    xTaskCreate(Task2, "Task2", 128, NULL, 1, NULL);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    while(1) {}
}

第三章 Freertos_配置文件

FreeRTOSConfig.h 配置文件作用：对FreeRTOS的功能进行配置和裁剪，以及API函数的使能等。

整体的配置项可以分为三类：

INCLUDE开头：一般是“INCLUDE_函数名”，函数的使能，1表示可用，0表示禁用。
config开头：FreeRTOS的一些功能配置，比如基本配置、内存配置、钩子配置、中断配置等。
其他配置：PendSV宏定义、SVC宏定义。

我将配置划分为以下几类：

📌 基础功能配置
⏱️ 系统节拍与内存配置
🧠 调试与诊断（钩子函数、断言）
🧵 同步机制配置（互斥量、信号量）
⏰ 软件定时器配置
🧩 可选 API 接口控制
⚙️ Cortex-M 内核相关配置
🔁 中断优先级映射
🪛 中断函数映射到 CMSIS

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H

/*-----------------------------------------------------------
 * FreeRTOS 配置文件（适用于 STM32F407 + Keil）
 *----------------------------------------------------------*/

/* 兼容不同编译器，声明 SystemCoreClock 变量 */
#if defined(__ICCARM__)||defined(__CC_ARM)||defined(__GNUC__)
    #include <stdint.h>
    extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif

/*-----------------------------------------------------------
 * 基础功能配置
 *----------------------------------------------------------*/
#define configUSE_PREEMPTION            1   // 启用抢占式调度（0 为协作式）
#define configUSE_IDLE_HOOK             0   // 禁用空闲钩子函数（可防止链接报错）
#define configUSE_TICK_HOOK             0   // 禁用滴答钩子函数（同上）
#define configCPU_CLOCK_HZ              ( SystemCoreClock )  // 系统核心时钟频率
#define configTICK_RATE_HZ              ( ( TickType_t )1000 ) // 系统节拍频率：1ms
#define configMAX_PRIORITIES            5   // 可用的最大任务优先级数
#define configMINIMAL_STACK_SIZE        ( ( unsigned short )130 ) // 最小堆栈字节数（单位：word）
#define configMAX_TASK_NAME_LEN         10  // 任务名称最大长度
#define configUSE_16_BIT_TICKS          0   // 使用 32 位 tick 计数器
#define configIDLE_SHOULD_YIELD         1   // 空闲任务是否主动让出 CPU

/*-----------------------------------------------------------
 * 系统内存配置
 *----------------------------------------------------------*/
#define configTOTAL_HEAP_SIZE           ( ( size_t ) ( 75 * 1024 ) ) // 动态内存堆大小（75KB）
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK    0   // 禁用内存分配失败钩子（不写函数也能跑）
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW  0   // 禁用堆栈溢出检测（后期可开启）

/*-----------------------------------------------------------
 * 调试追踪配置（Trace、任务标签）
 *----------------------------------------------------------*/
#define configUSE_TRACE_FACILITY        1   // 启用调试追踪功能（如任务状态统计）
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG  0   // 不使用任务标签机制
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS   0   // 不生成运行时统计信息（需用户实现）

/*-----------------------------------------------------------
 * 同步机制配置
 *----------------------------------------------------------*/
#define configUSE_MUTEXES               1   // 启用普通互斥量
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES     1   // 启用递归互斥量
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES   1   // 启用计数型信号量
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE       8   // 队列注册表大小（调试用）

/*-----------------------------------------------------------
 * 软件定时器配置
 *----------------------------------------------------------*/
#define configUSE_TIMERS                1   // 启用软件定时器
#define configTIMER_TASK_PRIORITY       ( 2 )  // 定时器任务优先级
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH        10     // 定时器队列长度
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH    ( configMINIMAL_STACK_SIZE * 2 ) // 定时器任务堆栈深度

/*-----------------------------------------------------------
 * 可选 API 函数启用（设置为 1 可用，0 不可用）
 *----------------------------------------------------------*/
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet        1
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet       1
#define INCLUDE_vTaskDelete             1
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources   1
#define INCLUDE_vTaskSuspend            1
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil         1
#define INCLUDE_vTaskDelay              1

/*-----------------------------------------------------------
 * Cortex-M 内核相关配置
 *----------------------------------------------------------*/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
    #define configPRIO_BITS            __NVIC_PRIO_BITS  // 由 CMSIS 定义（通常为 4）
#else
    #define configPRIO_BITS            4                 // 默认 4：即 0~15 级优先级
#endif

/*-----------------------------------------------------------
 * 中断优先级映射配置
 *----------------------------------------------------------*/
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY         0xf  // 可设置的最低中断优先级
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY    5    // 使用 FreeRTOS API 的最高中断优先级

#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY     ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )

/*-----------------------------------------------------------
 * 断言定义（错误时卡死）
 *----------------------------------------------------------*/
#define configASSERT( x ) if( ( x ) == 0 ) { taskDISABLE_INTERRUPTS(); for( ;; ); }

/*-----------------------------------------------------------
 * 中断服务函数映射（CMSIS 兼容）
 *----------------------------------------------------------*/
#define vPortSVCHandler        SVC_Handler
#define xPortPendSVHandler     PendSV_Handler
#define xPortSysTickHandler    SysTick_Handler

#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

02_STM32_Freertos_移植篇

第一章 Freertos_源码结构

1.1 源码获取

1.1.1 官网获取

1.1.2 GitHub 获取

1.1 源码结构

1.2.1 FreeRTOS 文件夹

1.2.2 Source 文件夹

1、include 文件夹

2、portable 文件夹

1.2.2 Demo 文件夹

第二章 Freertos_系统移植

2.1 添加内核源码文件

2.1.1 工程中创建文件夹

2.1.2 复制`Source`文件

2.1.3 复制`include`文件

2.1.4 复制`portable`文件

1、复制 `ARM_CM4F` 文件夹

2、复制 `MemMang` 文件夹

2.1.5 复制配置文件

2.2 配置工程环境

2.2.1 工程中添加源码分组

2.2.2 添加头文件搜索路径

2.2.3 工程中添加文件

1、向 `FreeRTOS\portable` 中添加

2、向 `FreeRTOS\Source` 中添加

3、添加 `FreeRTOSConfig.h` 文件

2.3 裁剪内核源码

1、修改 `FreeRTOSConfig.h` 中的条件编译

2、解决中断函数重复定义问题

3、钩子函数未定义问题

4、临时关闭所有 HOOK 钩子函数

2.4 编写任务调度示例

第三章 Freertos_配置文件

第四章 FreeRTOS_数据类型

第五章 FreeRTOS_命名要求

第一章 Freertos_源码结构

1.1 源码获取

1.1.1 官网获取

1.1.2 GitHub 获取

1.1 源码结构

1.2.1 FreeRTOS 文件夹

1.2.2 Source 文件夹

1、include 文件夹

2、portable 文件夹

1.2.2 Demo 文件夹

第二章 Freertos_系统移植

2.1 添加内核源码文件

2.1.1 工程中创建文件夹

2.1.2 复制Source文件

2.1.3 复制include文件

2.1.4 复制portable文件

1、复制 ARM_CM4F 文件夹

2、复制 MemMang 文件夹

2.1.5 复制配置文件

2.2 配置工程环境

2.2.1 工程中添加源码分组

2.2.2 添加头文件搜索路径

2.2.3 工程中添加文件

1、向 FreeRTOS\portable 中添加

2、向 FreeRTOS\Source 中添加

3、添加 FreeRTOSConfig.h 文件

2.3 裁剪内核源码

1、修改 FreeRTOSConfig.h 中的条件编译

2、解决中断函数重复定义问题

3、钩子函数未定义问题

4、临时关闭所有 HOOK 钩子函数

2.4 编写任务调度示例

第三章 Freertos_配置文件

第四章 FreeRTOS_数据类型

第五章 FreeRTOS_命名要求

2.1.2 复制`Source`文件

2.1.3 复制`include`文件

2.1.4 复制`portable`文件

1、复制 `ARM_CM4F` 文件夹

2、复制 `MemMang` 文件夹

1、向 `FreeRTOS\portable` 中添加

2、向 `FreeRTOS\Source` 中添加

3、添加 `FreeRTOSConfig.h` 文件

1、修改 `FreeRTOSConfig.h` 中的条件编译