# 第10章: FreeRTOSで同じことをやってみる

自作 OS と同じ課題を FreeRTOS で書き、設計の違いを比べます。

## サンプルコード

- ディレクトリ: `docs/os-on-arduino/code/10_freertos`
- ビルドと書き込み:

```bash
uv run pio run -d 10_freertos -t upload
uv run pio device monitor -b 115200
```

本物の FreeRTOS の例は `10_freertos_real` にあり、例ごとに環境（`-e` で選ぶビルド設定）が
分かれています。`integrated` を `basic`・`preemptive`・`task_control`・`semaphore`・
`queue` に替えると、ほかの例になります。

```bash
uv run pio run -d 10_freertos_real -e integrated -t upload
```

コードを見る: [docs/os-on-arduino/code/10_freertos](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/tree/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos)


## ソースコード

この章のスケッチです。ファイル名をクリックすると開きます。コードは原稿リポジトリから自動で同期されているので、ここに出ているものが常に最新です。

### `docs/os-on-arduino/code/10_freertos`

:::{dropdown} `src/main.cpp` — 229 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos/src/main.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos/src/main.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/servo_pwm.h` — 61 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos/include/servo_pwm.h)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos/include/servo_pwm.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

### `docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real`

:::{dropdown} `src/basic.cpp` — 35 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real/src/basic.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos_real/src/basic.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/integrated.cpp` — 103 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real/src/integrated.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos_real/src/integrated.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/preemptive.cpp` — 48 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real/src/preemptive.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos_real/src/preemptive.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/queue.cpp` — 54 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real/src/queue.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos_real/src/queue.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/semaphore.cpp` — 44 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real/src/semaphore.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos_real/src/semaphore.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/task_control.cpp` — 62 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/10_freertos_real/src/task_control.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/10_freertos_real/src/task_control.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::


## 実機での出力

Arduino UNO R4 WiFi の実機で実際に取得した出力です（macOS / Windows の
両方で同じ結果を確認しています）。手元の出力と見比べてください。

```text
[FreeRTOS Task] Count: 2
[FreeRTOS Task] Count: 3
[FreeRTOS Task] Count: 4
[FreeRTOS Task] Count: 5
[FreeRTOS Task] Count: 6
[FreeRTOS Task] Count: 7
[FreeRTOS Task] Count: 8
[FreeRTOS Task] Count: 9
[FreeRTOS Task] Count: 10
[FreeRTOS Task] Count: 11
...
```

```{figure} ../_static/ch10_freertos.gif
:name: fig-ch10-freertos
:width: 100%

`10_freertos` を書き込んでモニタを開いたところ。FreeRTOS 風の API（`xTaskCreate`
など）で作ったタスクを `loop()` の中の簡易スケジューラが回していて、`[FreeRTOS Task]`
のタスクが 1 秒ごとに `Count` を増やしていきます
```

### 本物の FreeRTOS（`integrated` 例）

```text
=== FreeRTOS Status ===
Tick: 4014
Free heap: 3640
Pot value: 205

=== FreeRTOS Status ===
Tick: 6020
Free heap: 3640
Pot value: 204
...
```

```{figure} ../_static/ch10_freertos_real.gif
:name: fig-ch10-freertos-real
:width: 100%

`uv run pio run -d 10_freertos_real -e integrated -t upload`（`-e` は platformio.ini の中の環境（ビルド設定）の名前）で書き込んでモニタを開いたところ。
本物の FreeRTOS の上で、2 秒ごとに `Tick`（FreeRTOS のティック数）・`Free heap`・
A0 の読み値を出します。A0 に何もつないでいないと `Pot value` は 200 前後の定まらない
値になります（可変抵抗をつなぐと、回した位置に応じて 0〜1023 で変わります）
```

## つまずきやすいポイント

（読者からの質問に応じて随時追記します。質問は
[GitHub Issues](https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos/issues)
へどうぞ）