STM32单片机RTOS开发实战：FreeRTOS、任务调度、同步机制，权威解析

# 1. STM32单片机简介**

STM32单片机是意法半导体（STMicroelectronics）公司推出的基于ARM Cortex-M内核的高性能微控制器系列。它以其卓越的性能、丰富的功能和广泛的应用而闻名。

STM32单片机采用ARM Cortex-M内核，提供从Cortex-M0到Cortex-M7的多种内核选择，满足不同应用场景的需求。这些内核具有高性能、低功耗和代码密度高的特点，非常适合嵌入式系统开发。

STM32单片机集成了丰富的片上外设，包括GPIO、定时器、ADC、DAC、UART、SPI、I2C等。这些外设经过优化，可轻松连接到各种传感器、执行器和其他外围设备，为系统设计提供了极大的灵活性。

# 2. FreeRTOS简介和任务调度

### 2.1 FreeRTOS概述

FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一款免费且开源的实时操作系统，专为嵌入式系统设计。它提供了一系列任务管理、同步机制和外设驱动等功能，帮助开发者轻松构建实时系统。FreeRTOS具有以下特点：

- **实时性：**FreeRTOS可以保证任务在指定的时间内执行，满足实时系统的要求。
- **轻量级：**FreeRTOS的内核非常小，只有几千字节，适合资源受限的嵌入式系统。
- **可移植性：**FreeRTOS可以移植到各种不同的微控制器和处理器平台上。
- **免费和开源：**FreeRTOS是免费且开源的，开发者可以自由使用和修改其代码。

### 2.2 任务概念和调度算法

**2.2.1 优先级调度**

任务是FreeRTOS中的基本执行单元。每个任务都有一个优先级，优先级高的任务将优先执行。FreeRTOS使用优先级调度算法，当有多个任务处于就绪状态时，系统会选择优先级最高的任务执行。

**2.2.2 时间片轮转调度**

时间片轮转调度是一种非抢占式的调度算法。当一个任务执行完其时间片后，系统会将该任务挂起，并切换到下一个就绪的任务执行。时间片轮转调度可以保证每个任务都能得到公平的执行机会。

### 2.3 任务创建和管理

**2.3.1 任务创建**

在FreeRTOS中，可以通过以下函数创建任务：

BaseType_t xTaskCreate(TaskFunction_t pvTaskCode, const char * const pcName, const uint16_t usStackDepth, void * const pvParameters, UBaseType_t uxPriority, TaskHandle_t * const pxCreatedTask);

* `pvTaskCode`：任务执行函数。
* `pcName`：任务名称。
* `usStackDepth`：任务堆栈大小（以字为单位）。
* `pvParameters`：传递给任务执行函数的参数。
* `uxPriority`：任务优先级。
* `pxCreatedTask`：指向已创建任务句柄的指针。

**2.3.2 任务删除**

可以通过以下函数删除任务：

void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete);

* `xTaskToDelete`：要删除的任务句柄。

**2.3.3 任务状态查询**

可以通过以下函数查询任务状态：

eTaskState xTaskGetState(TaskHandle_t xTask);

* `xTask`：要查询状态的任务句柄。
* 返回值：任务状态，包括运行、就绪、挂起等。

# 3. 同步机制

### 3.1 临界区

#### 3.1.1 临界区的概念和实现

临界区是一种同步机制，用于保护共享资源，防止多个任务同时访问和修改共享资源，从而避免数据不一致和系统崩溃。

在FreeRTOS中，临界区通过`taskENTER_CRIT