1，ARM 架构

（1）RISC

        ARM 芯片属于精简指令集计算机 RISC，指令简单，特点如下：

1. 对内存只有读、写指令
2. 对于数据的运算在 CPU 内部实现
3. 使用 RISC 指令的 CPU 复杂度小一点，易于设计

        对于以上乘法运算：a = a*b;  还有问题，CPU内部怎么保存输入输出的数据？

（2）CPU 内部寄存器

        CPU 内部有 R0~R15 寄存器用来“暂存”数据，R13是栈指针 SP（Stack Pointer），R14用来保存返回地址是 LR（Link Register），R15表示当前指令地址修改后可跳转是程序计数器 PC （Program Counter）。

        程序代码和常量存在 Flash，运行时必须加载到内存；变量、堆、栈等动态数据都在内存中。

        注意：数据传输的三要素是 源、目的、长度

（3）汇编指令

        需要掌握一些常用的汇编指令，许多单片机程序的问题要回到底层的汇编才能排查。

        读内存：Load

        写内存：Store

        加减：ADD, SUB

        比较：CMP

        跳转：B, BL

        纯机器码（.bin 文件），反汇编后只能看到 “地址 + 汇编指令”，无法对应到 C 代码行；ARM 开发环境（Keil MDK）生成的带调试信息的可执行文件（.axf文件） 带符号表，反汇编 / 调试时能直接看到 “变量名、函数名、C 代码行号”；汇编代码（.dis）可帮助调试 / 分析程序执行逻辑。

        汇编码和机器码一一对应，汇编码易于阅读，只有机器码烧写在芯片上。

        

（4）堆栈

        堆的概念：一块内存空间，可以分配 malloc 出一个 buffer 并在用完后 free 释放

        简单的 malloc 无法实现对应的 free函数，因为无法得知所释放内存的长度（常见的堆管理函数通过增加一段头部保留数据大小，并用链表管理多段空闲 buf）

        分配、释放内存的案例：

        初始状态如下（全局头部找到第一个空闲块）。分配时查剩余空间，size足够则成功分配

        之后想要申请内存时，从头部找到第一个空闲块，若其size不够，则从链表找到第二个空闲块；有空闲块满足大小要求则分配，若都不满足则失败

        栈的概念【RTOS的基础】：一块内存空间，cpu 的 SP寄存器管理它，可用于 函数调用、局部变量、多任务系统里保存现场 等场景。深入理解栈需要对应反汇编指令解析。

        调用子函数的本质 —— BL 指令（LR 会记录返回值，PC 指向跳转的子函数地址）

疑问：子函数中修改 LR 不会被覆盖吗？局部变量在栈里分配，如何分配？为何每个 RTOS 任务都有自己的栈？

答：每个c 函数入口会 先划分出自己的栈，提前保存 LR 到内存的栈区，保存局部变量到栈  

        RTOS如何运行两个并行的累加任务 —— 每个任务都有自己的栈。

        保存现场就是 保存被切换瞬间的所有寄存器（内核切换时不知道哪些信息无用）

        每个任务都有【自己的调用关系、局部变量、现场信息】，每个任务都需要自己的栈

2，FreeRTOS 源码分析

        使用STM32CubeMX 创建的FreeRTOS工程中，FreeRTOS相关的源码结构如下:

        核心是两个目录：1）Core（Inc目录下有配置文件，Src目录下的freertos.c是创建的默认任务）；2）Middlewares\Third_Party\FreeRTOS\Source （根目录下是通用的核心文件，portable目录下是移植时需要实现的文件 名为 [compiler]/[architecture]）

（1）核心文件

• FreeRTOS/Source/tasks.c
• FreeRTOS/Source/list.c

（2）头文件目录

• FreeRTOS 本身的头文件在Middlewares\Third_Party\FreeRTOS\Source\include 
• 移植时用到的头文件在Middlewares\...\Source\portable\[compiler]\[architecture]
• 含有配置文件 FreeRTOSConfig.h 的目录：Core\Inc

（3）内存管理

           

        heap_4/5的内存管理方案效率远高于heap_3用的标准库 malloc/free，因为malloc/free 是通用的内存分配器，要适配所有场景（桌面、服务器、嵌入式等），追求通用性和内存利用率【C库的这两个函数并非线程安全的，要先暂停 FreeRTOS 调度器再去调用】；而 heap_x 是为嵌入式实时操作系统（RTOS） 量身定制的，核心目标是确定性（实时性） 和高效性，为此牺牲了部分通用性，这是效率差异的根本原因。

Heap 相关的函数：分配、释放内存：pvPortMalloc / vPortFree，pvPortMalloc函数内部有malloc失败的钩子函数：vApplicationMallocFailedHook；空闲内存大小：xPortGetFreeHeapSize；空闲内存容量的最小值：xPortGetMinimumEverFreeHeapSize

（4）入口函数

/* Init scheduler */
osKernelInitialize(); /* 初始化FreeRTOS运行环境 */
MX_FREERTOS_Init();   /* 创建任务 */

/* Start scheduler */
osKernelStart();      /* 启动调度器 */

3，数据类型和编程该回复

（1）数据类型

        每个移植的版本都含有自己的portmacro.h头文件，里面定义了2个数据类型：

• TickType_t：记录时钟中断的次数累计 tick count，一般配置为 uint32_t
• BaseType_t：该架构最高效的数据类型，一般配置为 uint32_t

（2）变量名

        变量、函数、宏的命名都有统一的前缀表示，详见文档 7.7节。