FreeRTOS 概述
概述
FreeRTOS 是一个开源的 RTOS（实时操作系统）内核，它以组件的形式集成到 ESP-IDF 中。因此，所有的 ESP-IDF 应用程序及多种 ESP-IDF 组件都基于 FreeRTOS 编写。FreeRTOS 内核已移植到 ESP 芯片的所有 CPU 架构（即 Xtensa 和 RISC-V）中。
此外，ESP-IDF 还提供了不同的 FreeRTOS 实现，支持在多核 ESP 目标芯片上的 SMP（对称多处理）。本文档主要介绍了 FreeRTOS 组件、ESP-IDF 提供的 FreeRTOS 实现，并简要介绍了这些实现的共同之处。
实现
官方 FreeRTOS （下文称为原生 FreeRTOS）是一个单核 RTOS。为了支持各种多核 ESP 目标芯片，ESP-IDF 支持下述不同的 FreeRTOS 实现。
ESP-IDF FreeRTOS
ESP-IDF FreeRTOS 是基于原生 FreeRTOS v10.5.1 的 FreeRTOS 实现，其中包含支持 SMP 的大量更新。ESP-IDF FreeRTOS 最多支持两个核（即双核 SMP），但在设计上对这种场景进行了优化。关于 ESP-IDF FreeRTOS 及具体更新内容，请参考 FreeRTOS (IDF) 文档。
备注
ESP-IDF FreeRTOS 是目前 ESP-IDF 默认的 FreeRTOS 实现。
Amazon SMP FreeRTOS
Amazon SMP FreeRTOS 是由 Amazon 官方支持的 FreeRTOS SMP 实现。Amazon SMP FreeRTOS 能够支持 N 核，即双核以上。通过 CONFIG_FREERTOS_SMP 选项能够启用 Amazon SMP FreeRTOS。关于 Amazon SMP FreeRTOS 的更多细节，请参考 官方 Amazon SMP FreeRTOS 文档。
警告
Amazon SMP FreeRTOS 实现（及其在 ESP-IDF 中的移植）目前处于试验/测试状态，因此，可能会发生重大的行为变化及 API 变更。
配置
内核配置
原生 FreeRTOS 要求移植工具和应用程序通过在 FreeRTOSConfig.h 头文件中添加各种 #define config... 宏定义来配置内核。原生 FreeRTOS 支持一系列内核配置选项，允许启用或禁用各种内核行为和功能。
然而，对于 ESP-IDF 中的所有 FreeRTOS 移植，FreeRTOSConfig.h 头文件被视为私有文件，用户不得修改。 由于该选项在 ESP-IDF 中是必选项或不被支持，FreeRTOSConfig.h 中的大量内核配置选项均为硬编码。所有用户可配置的内核配置选项都在 Component Config/FreeRTOS/Kernel 下的 menuconfig 中。
关于用户可配置内核选项的完整列表，参见 项目配置。下列为常用的内核配置选项：
CONFIG_FREERTOS_UNICORE：仅在核 0 上运行 FreeRTOS。注意，这 不等同于运行原生 FreeRTOS。 另外，此选项还可能影响除 freertos 外其他组件的行为。关于在单核上运行 FreeRTOS 的更多内容，请参考 单核模式 （使用 ESP-IDF FreeRTOS 时）或参考 Amazon SMP FreeRTOS 的官方文档，还可以在 ESP-IDF 组件中搜索
CONFIG_FREERTOS_UNICORE。
CONFIG_FREERTOS_ENABLE_BACKWARD_COMPATIBILITY 可以向后兼容某些 FreeRTOS 宏、类型或函数，这些宏、类型或函数已在 v8.0 及以上版本中弃用。
端口配置
其他不属于内核配置的 FreeRTOS 相关配置选项都在 Component Config/FreeRTOS/Port 下的 menuconfig 中。这些选项可以配置以下内容：
FreeRTOS 端口本身（如 tick 定时器选择，ISR 堆栈大小）
其他添加到 FreeRTOS 实现或端口的功能
使用 FreeRTOS
应用程序入口点
与原生 FreeRTOS 不同，在 ESP-IDF 中使用 FreeRTOS 的用户 永远不应调用 vTaskStartScheduler() 和 vTaskEndScheduler()。相反，ESP-IDF 会自动启动 FreeRTOS。用户必须定义一个 void app_main(void) 函数作为用户应用程序的入口点，并在 ESP-IDF 启动时被自动调用。
通常，用户会从
app_main中启动应用程序的其他任务。app_main函数可以在任何时候返回（应用终止前）。app_main函数由main任务调用。
后台任务
在启动过程中，ESP-IDF 和 FreeRTOS 内核会自动创建多个在后台运行的任务，如下表所示。
任务名称 |
描述 |
堆栈大小 |
亲和性 |
优先级 |
|---|---|---|---|---|
空闲任务 ( |
为每个 CPU 核创建并分配一个空闲任务 ( |
核 x |
|
|
FreeRTOS 定时器任务 ( |
如果应用程序调用了任何 FreeRTOS 定时器 API，FreeRTOS 会创建定时器服务或守护任务 |
核 0 |
||
主任务 ( |
简单调用 |
|
||
IPC 任务 ( |
当 CONFIG_FREERTOS_UNICORE 为假时，为每个 CPU 核创建并分配一个 IPC 任务 ( |
核 x |
|
|
ESP 定时器任务 ( |
ESP-IDF 创建 ESP 定时器任务用于处理 ESP 定时器回调 |
核 0 |
|
备注
注意，如果应用程序使用了其他 ESP-IDF 功能（如 Wi-Fi 或蓝牙），那么这些功能可能会在上表的任务之外创建自己的后台任务。
FreeRTOS 附加功能
ESP-IDF 还为 FreeRTOS 提供了一些补充功能，如环形 buffer、ESP-IDF 风格的 tick 钩子和 idle 钩子、以及 TLSP 删除回调。要了解更多信息，请参见 FreeRTOS（附加功能）。
FreeRTOS 堆
原生 FreeRTOS 自带 堆实现选择，然而 ESP-IDF 已经实现了自己的堆（参见 堆内存分配），因此不使用原生 FreeRTOS 的堆实现。ESP-IDF 中的所有 FreeRTOS 端口都将 FreeRTOS 内存分配或释放调用（例如 pvPortMalloc() 和 pvPortFree()）映射到 ESP-IDF 堆 API（即 heap_caps_malloc() 和 heap_caps_free()）。然而 FreeRTOS 端口可以确保 FreeRTOS 分配的所有动态内存都放在内部内存中。
备注
如果希望将 FreeRTOS 任务或对象放在外部内存中，可以使用以下方法：
使用一个
...CreateWithCaps()API，如xTaskCreateWithCaps()和xQueueCreateWithCaps()来分配任务或对象（参见 IDF 附加 API 获取更多详细信息）。使用
heap_caps_malloc()为这些对象手动分配外部内存，然后使用 FreeRTOS 的一个...CreateStatic()函数从分配的内存中创建对象。
应用示例
system/freertos/basic_freertos_smp_usage 演示了如何在 ESP32-S3 的 SMP 架构中使用基本的 FreeRTOS API 进行任务创建、通信、同步和批处理。
system/freertos/real_time_stats 演示了如何使用 FreeRTOS 的 vTaskGetRunTimeStats() 函数来获取任务在指定时间段内的 CPU 使用统计信息，而不是整个 FreeRTOS 运行时间的统计信息。