STM32单片机实时操作系统（RTOS）应用：FreeRTOS入门，轻松上手

# 1. STM32单片机概述**

STM32单片机是意法半导体（STMicroelectronics）推出的基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器系列。它以其高性能、低功耗和丰富的外设而闻名，广泛应用于工业控制、医疗设备、物联网和消费电子等领域。

STM32单片机具有以下特点：

* 基于ARM Cortex-M内核，性能强大
* 低功耗设计，支持多种睡眠模式
* 丰富的片上外设，包括定时器、ADC、DAC、UART等
* 内置浮点运算单元（FPU），支持浮点运算
* 支持实时操作系统（RTOS），如FreeRTOS、μC/OS-II等

# 2. FreeRTOS实时操作系统基础

### 2.1 FreeRTOS简介和特点

FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一个开源、轻量级的实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计。它提供了任务调度、中断处理、内存管理等核心功能，帮助开发者构建可靠、高性能的实时应用。

FreeRTOS的主要特点包括：

- **开源和免费：**FreeRTOS是一个开源软件，可以免费用于商业和非商业用途。
- **轻量级：**FreeRTOS内核非常小，通常只有几千字节，适合资源受限的嵌入式系统。
- **实时性：**FreeRTOS采用抢占式调度算法，可以保证高优先级任务及时执行，满足实时应用的要求。
- **可移植性：**FreeRTOS支持多种微控制器架构，包括ARM Cortex-M、STM32和PIC。
- **丰富的功能：**FreeRTOS提供了任务管理、定时器、事件标志、队列、互斥体等丰富的功能，满足各种嵌入式应用需求。

### 2.2 FreeRTOS任务调度机制

任务是FreeRTOS中的基本执行单元，它代表一个独立的执行线程。FreeRTOS的任务调度机制负责管理任务的执行顺序，确保高优先级任务优先执行。

#### 2.2.1 任务优先级和调度算法

每个任务都有一个优先级，优先级越高，任务越重要。FreeRTOS采用抢占式调度算法，当一个更高优先级的任务就绪时，它将立即抢占正在执行的低优先级任务。

FreeRTOS支持32个优先级等级，0为最低优先级，31为最高优先级。任务的优先级可以在创建任务时指定。

#### 2.2.2 任务同步和通信

在多任务环境中，任务之间需要进行同步和通信。FreeRTOS提供了以下机制：

- **互斥体：**互斥体用于保护共享资源，确保一次只有一个任务可以访问该资源。
- **信号量：**信号量用于控制资源的访问，允许多个任务等待同一资源。
- **事件标志：**事件标志用于通知任务发生了特定事件，例如数据已准备好。
- **队列：**队列用于在任务之间传递消息或数据。

### 2.3 FreeRTOS中断处理机制

中断是硬件事件触发的特殊事件，需要及时处理。FreeRTOS提供了中断处理机制，允许任务在中断发生时暂停执行，并执行中断服务例程（ISR）。

ISR通常是短而高效的代码段，负责处理中断事件并更新系统状态。FreeRTOS的中断处理机制支持嵌套中断，允许高优先级中断打断低优先级中断。

**代码块：**

void ISR_Handler(void) {
  // 中断服务例程代码
  // ...

  // 清除中断标志位
  NVIC_ClearPendingIRQ(IRQn);
}

**逻辑分析：**

ISR_Handler函数是中断服务例程，当特定中断发生时，它会被调用。函数中执行了中断处理代码，并清除了中断标志位，以表示中断已处理完毕。

# 3. FreeRTOS实践应用

### 3.1 任务创建和管理

#### 3.1.1 任务创建函数和参数

FreeRTOS中任务创建使用`xTaskCreate()`函数，其原型如下：

BaseType_t xTaskCreate