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type: concept
title: FreeRTOS 系统服务
tags: [freertos, rtos, timer, tickless, memory, heap, concept]
created: 2026-07-12
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# FreeRTOS 系统服务

## 软件定时器

轻量级时间管理工具，基于内核 Tick 实现。

### 与硬件定时器的区别

| 特性 | 软件定时器 | 硬件定时器 |
|------|-----------|-----------|
| 实现方式 | 依赖任务调度器 | 独立于 CPU |
| 精度 | 可能受调度影响 | 高精度 |
| 资源 | 无额外硬件需求 | 占用硬件资源 |

### 类型

- **一次性定时器**：触发一次后停止
- **周期性定时器**：每个超时周期触发一次

### API

| 函数 | 描述 |
|------|------|
| `xTimerCreate()` | 创建定时器（周期、回调函数） |
| `xTimerStart()` | 启动定时器 |
| `xTimerStop()` | 停止定时器 |
| `xTimerReset()` | 复位定时器 |
| `xTimerChangePeriod()` | 更改超时时间 |

**注意**：定时器回调函数在定时器服务任务上下文中执行，不能调用导致阻塞的 API 函数。

## Tickless 低功耗模式

最小化时钟中断频率以降低功耗。系统无任务时进入休眠，有需要时启动中断唤醒。

### 原理

1. 空闲任务检测系统是否无任务执行
2. 无任务时进入休眠（`__WFI` 指令），关闭时钟中断
3. 有任务时唤醒，校正滴答计数值

主要使用 STM32 的睡眠模式（任何中断/事件可唤醒）。

![STM32 low power modes](../raw/FreeRTOS/尚硅谷FreeRTOS教程/assets/stm32_low_power_modes.png)

### 配置项

| 配置项 | 说明 |
|--------|------|
| `configUSE_TICKLESS_IDLE` | 使能 Tickless 模式 |
| `configPRE_SLEEP_PROCESSING(x)` | 睡前处理（如关闭外设时钟） |
| `configPOST_SLEEP_PROCESSING(x)` | 醒来处理（如开启外设时钟） |

## 内存管理

FreeRTOS 提供 5 种内存分配算法（heap_1 ~ heap_5）：

| 算法 | 特点 | 适用场景 |
|------|------|---------|
| **heap_1** | 最简单，不允许释放内存 | 系统启动时一次性创建所有对象 |
| **heap_2** | 最佳适应算法，允许释放，不合并相邻块 | 动态创建/删除，堆栈大小固定 |
| **heap_3** | 包装标准 malloc/free，线程安全 | 标准库可用时 |
| **heap_4** | 第一适应算法，合并相邻空闲块 | 最常用（推荐），减少碎片 |
| **heap_5** | 同 heap_4，支持跨越不连续内存区域 | 复杂内存布局 |

![heap_1](../raw/FreeRTOS/尚硅谷FreeRTOS教程/assets/freertos_heap1.png)
![heap_2 best fit](../raw/FreeRTOS/尚硅谷FreeRTOS教程/assets/freertos_heap2_best_fit.png)
![heap_4 first fit](../raw/FreeRTOS/尚硅谷FreeRTOS教程/assets/freertos_heap4_first_fit.png)

### 内存 API

| 函数 | 描述 |
|------|------|
| `pvPortMalloc(size_t)` | 申请内存 |
| `vPortFree(void*)` | 释放内存 |
| `xPortGetFreeHeapSize()` | 获取剩余堆大小 |

## 相关页面

- [[source-freertos|尚硅谷 FreeRTOS 教程 - 资料页]]
- [[freertos-ipc|任务间通信（IPC）]]
- [[freertos-porting|FreeRTOS 移植指南]]