STM32单片机嵌入式操作系统实战：FreeRTOS、μC_OS详解

# 1. 嵌入式操作系统简介

嵌入式操作系统（RTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它提供了管理任务、资源和通信的框架。RTOS 的主要目的是提高嵌入式系统的实时性、可靠性和可维护性。

RTOS 通常具有以下核心功能：

- **任务管理：** 创建、调度和管理任务，任务是执行特定功能的独立线程。
- **资源管理：** 管理共享资源，如内存、外设和数据结构，以防止冲突和死锁。
- **通信：** 提供任务之间的通信机制，如消息队列、管道和信号量。

# 2. FreeRTOS实战**

**2.1 FreeRTOS的基本概念和架构**

**2.1.1 任务和队列**

FreeRTOS中，任务是一个独立的执行线程，它可以执行一段代码并与其他任务交互。任务由一个任务控制块（TCB）描述，其中包含任务的状态、堆栈和寄存器信息。

队列是一种数据结构，用于在任务之间传递消息。队列可以是FIFO（先进先出）或优先级队列。任务可以通过发送和接收消息与队列交互。

**2.1.2 信号量和互斥量**

信号量是一种同步机制，用于控制对共享资源的访问。当一个任务需要访问共享资源时，它必须获取信号量。如果信号量不可用，任务将被阻塞，直到信号量被释放。

互斥量是一种特殊的信号量，它保证一次只有一个任务可以访问共享资源。这可以防止多个任务同时访问同一资源，从而避免数据损坏。

**2.2 FreeRTOS的移植和配置**

**2.2.1 移植过程**

将FreeRTOS移植到新的硬件平台需要以下步骤：

1. 编写平台相关的启动代码
2. 编写中断服务程序
3. 配置FreeRTOS内核
4. 编写应用程序代码

**2.2.2 配置选项**

FreeRTOS提供了一系列配置选项，允许用户根据其应用程序的需求定制内核。这些选项包括：

* 任务数量
* 堆栈大小
* 队列大小
* 信号量数量

**2.3 FreeRTOS的应用实例**

**2.3.1 LED闪烁**

以下代码演示了如何使用FreeRTOS创建任务来闪烁LED：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

void ledTask(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 打开LED
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        // 延时1秒
        vTaskDelay(1000);
        // 关闭LED
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        // 延时1秒
        vTaskDelay(1000);
    }
}

int main(void) {
    // 创建LED任务
    xTaskCreate(ledTask, "LED Task", 128, NULL, 1, NULL);
    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
    return 0;
}

**2.3.2 串口通信**

以下代码演示了如何使用FreeRTOS创建任务进行串口通信：

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "usart.h"

void uartTask(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 发送数据到串口
        UART_SendData(USART1, 'A');
        // 延时100毫秒
        vTaskDelay(100);
    }
}

int main(void) {
    // 创建串口任务
    xTaskCreate(uartTask, "UART Task", 128, NULL, 1, NULL);
    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();
    return 0;
}

# 3. μC_OS实战

**3.1 μC_OS的基本概念和架构**

μC_OS是一种实时、抢占式、多任务操作系统，它专为嵌入式系统而设计。它提供了一组丰富的API，可以轻松创建和管理任务、事件、邮箱和信号量等并发对象。

**3.1.1 任务和事件**

任务是μC_OS中的基本并发单元。每个任务都有自己的堆栈和优先级，并执行一个特定的函数。任务可以通过事件进行同步，事件是一种标志，表示某个事件已经发生。当任务等待事件时，它将被挂起，直到事件发生。

**3.1.2 邮箱和信号量**

邮箱用于在任务之间传递消息。每个邮箱都有一个有限的容量，任务可以通过发送和接收消息来进行通信。信号量用于保护共享资源，确保一次只有一个任务可以访问资源。

**3.2 μC_OS的移植和配置**

μC_OS的移植过程相对简单，它提供了针对各种微控制器架构的移植层。移植过程通常涉及配置操作系统内核、创建任务和初始化硬件外设