STM32单片机FreeRTOS实战：打造高性能嵌入式应用的利器

# 1. FreeRTOS简介和基本原理**

FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一个开源、轻量级的实时操作系统，专为嵌入式系统设计。它提供了任务管理、同步和通信、定时器和事件组等基本功能，帮助开发者构建高性能、可靠的嵌入式应用。

FreeRTOS采用抢占式调度算法，这意味着优先级较高的任务可以随时抢占优先级较低的任务。这种机制确保了系统对时间敏感事件的快速响应。FreeRTOS还支持多核处理，允许在不同的核上同时运行多个任务，从而提高系统的整体性能。

# 2. FreeRTOS任务管理

### 2.1 任务创建和控制

#### 2.1.1 任务的创建和优先级设置

在FreeRTOS中，任务是操作系统中最基本的执行单元。任务创建和优先级设置是任务管理的关键步骤。

任务创建函数为`xTaskCreate()`，其语法如下：

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pvTaskCode,       // 任务函数指针
    const char * const pcName,        // 任务名称
    const uint16_t usStackDepth,     // 任务堆栈大小
    void * const pvParameters,      // 任务参数
    UBaseType_t uxPriority,        // 任务优先级
    TaskHandle_t * const pxCreatedTask // 任务句柄
);

**参数说明：**

- `pvTaskCode`：任务函数指针，指向任务执行代码的入口地址。
- `pcName`：任务名称，用于调试和识别任务。
- `usStackDepth`：任务堆栈大小，以字节为单位。
- `pvParameters`：任务参数，可以传递给任务函数。
- `uxPriority`：任务优先级，取值范围为0~configMAX_PRIORITIES-1，优先级越高，任务被调度的概率越大。
- `pxCreatedTask`：任务句柄，指向创建的任务。

**代码逻辑分析：**

`xTaskCreate()`函数首先检查任务参数的有效性，然后分配任务堆栈空间。接着，它创建任务控制块（TCB），其中包含任务状态、堆栈指针、优先级等信息。最后，它将任务添加到就绪队列中，等待调度。

**任务优先级设置：**

任务优先级决定了任务被调度的顺序。优先级越高，任务越有可能被调度执行。FreeRTOS支持动态优先级设置，允许在任务运行时调整其优先级。

#### 2.1.2 任务的挂起和恢复

在某些情况下，需要暂停任务的执行。FreeRTOS提供了`vTaskSuspend()`和`vTaskResume()`函数来挂起和恢复任务。

**vTaskSuspend()函数：**

void vTaskSuspend(TaskHandle_t xTaskToSuspend);

**参数说明：**

- `xTaskToSuspend`：要挂起的任务句柄。

**代码逻辑分析：**

`vTaskSuspend()`函数将任务的状态设置为挂起状态，并将其从就绪队列中移除。挂起的任务不会被调度执行。

**vTaskResume()函数：**

BaseType_t vTaskResume(TaskHandle_t xTaskToResume);

**参数说明：**

- `xTaskToResume`：要恢复的任务句柄。

**代码逻辑分析：**

`vTaskResume()`函数将任务的状态设置为就绪状态，并将其添加到就绪队列中。恢复的任务将重新参与调度。

### 2.2 任务同步和通信

#### 2.2.1 信号量和互斥量

信号量和互斥量是FreeRTOS中常用的同步机制，用于协调多个任务对共享资源的访问。

**信号量：**

信号量是一个计数器，用于表示资源的可用性。任务可以通过`xSemaphoreTake()`函数获取信号量，如果信号量不可用，任务将被阻塞。当任务释放信号量时，`xSemaphoreGive()`函数将增加信号量的计数。

**互斥量：**

互斥量是一个二进制信号量，用于确保一次只有一个任