FreeRTOS 第三课：C 语言扩展 学习笔记

嵌入式学习笔记 · FreeRTOS 第 3 课

今天学习了 C 语言扩展：变量的作用域和生命周期、变量在 SRAM 里的分布、堆和栈的概念、FreeRTOS 的任务栈，以及 FreeRTOS 的代码规范，整理成文方便复习。

文章目录

• FreeRTOS 第三课：C 语言扩展 学习笔记
• • 一、变量的作用域和生命周期
  • • 1. C 语言的 5 类变量
    • 2. 完整代码例子
  • 二、变量在 SRAM 里的分布
  • • 1. 单片机的 FLASH 和 SRAM
    • 2. 变量在 SRAM 的分布
    • 3. Minimum Heap Size 和 Minimum Stack Size
  • 三、堆的概念
  • 四、栈
  • • 1. 栈的概念
    • 2. 调用栈（Call Stack）
    • 3. FreeRTOS 的任务栈
  • 五、FreeRTOS 的代码规范
  • • 1. 三个常用数据类型
    • 2. 变量的命名规则：前缀 + 实际名字
    • 3. 函数的命名规则：返回类型 + 模块名 + 实际名字
    • 4. 宏定义的命名规则
  • 六、小结速查表

一、变量的作用域和生命周期

写 C 语言/嵌入式代码，经常要回答两个问题：

• 这个变量在哪里能用？—— 这就是作用域（Scope）
• 这个变量什么时候创建、什么时候销毁？—— 这就是生命周期（Lifetime）

记忆：作用域是"空间范围"，生命周期是"时间范围"。

1. C 语言的 5 类变量

注意：堆变量没有固定作用域——它在堆上分配后，靠指针在任意代码中访问，指针传到哪就能在哪用。

2. 完整代码例子

下面这个例子把 5 类变量全部用上：用户输入数字 n，程序分配一个 n 个元素的 int 数组，依次计算 1²、2²、3²……填入数组并打印。

文件 1：my_file.h

intGetNextSquare();/* 获取下一个平方数 */

文件 2：my_file.c

/* 静态全局变量，仅展示用 */staticintstaticGlobalVar1=100;/* @作用: 输入一个数, 计算它的平方 */staticintSquare(intinput)/* input：函数参数 */{returninput*input;}/* @作用: 获取下一个平方数 */intGetNextSquare(){/* 静态局部变量，存储当前底数的值 */staticintnum=1;/* 计算 num 的平方 */intret;ret=Square(num);/* 递增底数的值 */num++;/* 返回结果 */returnret;}

文件 3：main.c

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include"my_file.h"intglobalVar1=36;/* 全局变量1, 仅展示用 */intglobalVar2[100];/* 全局变量2, 仅展示用 */intmain(intargc,char*argv[]){intn;/* 局部变量 *//* #1. 要求用户输入数字n, n表示要产生的平方数的个数 */scanf("%d",&n);/* #2. 使用malloc()分配一个长度为n的int型数组 */int*pBuffer=(int*)malloc(sizeof(int)*n);/* 堆变量 *//* #3. 逐个计算平方数, 并填写到数组中 */for(inti=0;i<n;i++){pBuffer[i]=GetNextSquare();}/* #4. 打印结果到控制台 */for(inti=0;i<n;i++){printf("%d, ",pBuffer[i]);}printf("\n");return0;}

运行结果（输入5）：

5 1, 4, 9, 16, 25,

• GetNextSquare() 每调用一次，静态局部变量 num 自增 1，返回 num²；
• 如果 num 是普通局部变量，每次调用都会从 1 重新开始，结果会变成 5 个 1。

代码里各变量对照：

二、变量在 SRAM 里的分布

1. 单片机的 FLASH 和 SRAM

记忆：程序住 FLASH，变量住 SRAM。

2. 变量在 SRAM 的分布

SRAM 从上到下分为几段，编译器把不同类型的变量放到不同段里：

┌───────────────────────────────┐ 高地址 │ .stack 段 │ 栈：局部变量、函数参数等 │ （向下增长） │ （不包括静态局部变量） ├───────────────────────────────┤ │ 未分配区域 │ heap 和 stack 之间可扩展的空间 ├───────────────────────────────┤ │ .heap 段 │ 堆：malloc() 分配的内存 │ （向上增长） │ ├───────────────────────────────┤ │ .bss 段 │ 无初值或零初值的全局变量/静态变量 ├───────────────────────────────┤ │ .data 段 │ 有初值的全局变量/静态变量 └───────────────────────────────┘ 低地址

要点：静态局部变量不放在栈里，它和全局变量一样放在 .data/.bss 段，所以才能"跨调用保持值"。

3. Minimum Heap Size 和 Minimum Stack Size

在 Keil 工程里（Options → Target），有两个和 SRAM 分配相关的设置：

• 它们写在启动文件（startup_xxx.s）里：

Heap_Size EQU 0x00000200 Stack_Size EQU 0x00000400

• 这是裸机/启动阶段的堆栈大小；FreeRTOS 起来之后，任务栈由 FreeRTOS 自己从 heap_x 分配，互不干扰。

三、堆的概念

**堆（Heap）**是程序运行期间动态分配内存的区域：

int*p=(int*)malloc(sizeof(int)*100);/* 申请 */if(p!=NULL){/* 使用 */}free(p);/* 释放，必须成对 */p=NULL;

在 FreeRTOS 里，任务栈、队列等内核对象的内存由 FreeRTOS 自己的堆（heap_1 ~ heap_5）管理，和 C 库的 malloc 是两套体系（第二课讲过）。

四、栈

1. 栈的概念

**栈（Stack）**是一块"后进先出（LIFO）"的内存区域：

• 压栈（Push）：数据从栈顶压入；
• 出栈（Pop）：数据从栈顶弹出；
• 栈顶指针 SP 由 CPU 自动维护；
• 在 ARM 上栈从高地址向低地址增长。

voidfuncA(void){inta=1;funcB();}voidfuncB(void){intb=2;}

调用过程：

funcA 开始 → 压入 a=1 funcA 调用 funcB → 压入返回地址 funcB 开始 → 压入 b=2 funcB 返回 → 弹出 b、返回地址 funcA 返回 → 弹出 a

2. 调用栈（Call Stack）

函数调用时，栈上依次保存：

• 每调用一层函数，栈就"长高"一层（往下压）；
• 递归太深或局部变量太大 →栈溢出（Stack Overflow）。

3. FreeRTOS 的任务栈

每个 FreeRTOS 任务都有一块独立的任务栈：

/* uxStackDepth = 128，表示 128 字 = 512 字节的任务栈 */xTaskCreate(Task_LED,"LED",128,NULL,1,NULL);

• 任务切换时，FreeRTOS 把当前任务的寄存器压入它自己的栈，再从下一个任务的栈里恢复，互不干扰；
• 任务栈太小 → 栈溢出 → 程序跑飞；可以开configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW检测。

记忆：裸机只有一个大栈，RTOS 每个任务一个小栈。

五、FreeRTOS 的代码规范

FreeRTOS 源码有一套统一的命名规范，看懂前缀就能猜出类型和作用。

1. 三个常用数据类型

TickType_t xLastWakeTime;/* tick 计数 */BaseType_t xReturn;/* pdPASS / pdFAIL */UBaseType_t uxPriority;/* 优先级，非负数 */

2. 变量的命名规则：前缀 + 实际名字

例子：

TickType_t xTicksToWait;/* x = TickType_t */UBaseType_t uxPriority;/* u + x = unsigned BaseType_t */charcChar;/* c = char */void*pvParameters;/* p + v = void 指针 */

3. 函数的命名规则：返回类型 + 模块名 + 实际名字

函数名 =返回类型前缀 + 所属模块名 + 动作名：

补充：以prv开头的函数（如 prvIdleTask）表示模块内部私有函数（static）。

4. 宏定义的命名规则

宏定义全部大写 + 下划线分隔：

#defineconfigUSE_PREEMPTION1#definepdTRUE(1)#defineportMAX_DELAY(0xFFFFFFFFUL)

六、小结速查表

记忆口诀：

1. 作用域管空间，生命周期管时间。
2. 程序住 FLASH，变量住 SRAM；.data 存有值、.bss 存清零、heap 向上、stack 向下。
3. 堆要手动 free，栈自动生长；RTOS 里每任务一个栈。
4. x 是 BaseType_t，u 是无符号，p 是指针，v 是 void；函数名=类型前缀+模块+动作。

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