FreeRTOS，其基本概念、定义、性质、定理
一个系统，尤其是像操作系统这样复杂的系统，其稳固性必然建立在一系列清晰明确的基本概念、定义、性质和（如果适用的话）定理之上。对于FreeRTOS这样的工程实践性很强的系统内核，我们可能不会像纯数学那样有严格的“定理”证明，但它背后遵循的操作系统原理和并发控制理论，以及它自身API设计所体现的“准则”或“性质”，是非常值得我们深入理解的。
来，让我们逐一剖析FreeRTOS的核心概念、定义和性质：
一、 核心概念 (Core Concepts)
- 任务 (Task)
- 定义：任务是FreeRTOS中执行调度的基本单元。你可以将其理解为一个独立的、顺序执行的程序流（一段C函数）。每个任务都有其自身的上下文（寄存器值、程序计数器、堆栈指针）和优先级。
- 性质：
- 并发性 (Concurrency)：在单核CPU上，多个任务通过快速切换CPU使用权，给人一种同时运行的错觉（伪并发）。在多核CPU上（FreeRTOS SMP版本支持），任务可以真正并行执行。
- 独立性：每个任务拥有独立的堆栈空间，用于存储局部变量、函数调用返回地址等。这使得任务之间在内存使用上（至少在堆栈层面）是隔离的。
- 状态：任务在生命周期中会经历不同的状态，如：
- 运行态 (Running)：任务当前正在占用CPU执行。
- 就绪态 (Ready)：任务已准备好运行，但由于有更高优先级的任务正在运行，或者在同优先级任务中还未轮到它，所以它在等待CPU。
- 阻塞态 (Blocked)：任务因等待某个事件（如队列中有数据、信号量可用、延时结束）而暂停执行，并且不消耗CPU时间。
- 挂起态 (Suspended)：任务被显式地暂停执行，除非被显式地恢复，否则不会参与调度。与阻塞态不同，挂起通常不是因为等待某个内部事件。
- 删除态 (Deleted)：任务执行完毕或被显式删除，其占用的资源将被回收（如果配置了）。
- 调度器 (Scheduler)
- 定义：调度器是FreeRTOS的心脏，负责根据预定的调度策略（主要是优先级抢占）决定哪个就绪态的任务应该获得CPU的控制权。
- 性质：
- 抢占式 (Preemptive)：当一个更高优先级的任务变为就绪态时（例如，一个高优先级任务从阻塞态唤醒，或者一个中断服务程序使一个高优先级任务就绪），调度器会立即剥夺当前正在运行的低优先级任务的CPU使用权，切换到高优先级任务执行。这是保证实时性的关键。
- 合作式 (Cooperative)（可选配置）：任务只有在主动放弃CPU（如调用
taskYIELD()）或进入阻塞态时，才会发生任务切换。实时性较差，但上下文切换开销可能略小。FreeRTOS主要推荐和设计为抢占式。 - 时间片轮转 (Time Slicing / Round Robin)（同优先级任务）：如果配置了时间片轮转（
configUSE_TIME_SLICING为1），并且有多个相同最高优先级的就绪任务，调度器会在每个SysTick中断（时钟节拍中断）时，在这些同优先级任务之间轮流切换，给每个任务分配一个“时间片”的运行时间。如果未配置时间片，同优先级任务在没有更高优先级任务抢占的情况下，