STM32单片机嵌入式开发实时操作系统应用：打造高性能系统

# 1. STM32单片机嵌入式开发概述**

STM32单片机是基于ARM Cortex-M内核的高性能微控制器，广泛应用于嵌入式系统开发中。嵌入式开发是一种以单片机为核心的系统设计，具有实时性、可靠性、低功耗等特点。

本章将概述STM32单片机嵌入式开发的基本概念，包括：

- STM32单片机架构和特性
- 嵌入式系统的特点和应用领域
- 嵌入式开发流程和工具链

# 2. 实时操作系统的理论基础

### 2.1 实时操作系统的概念和特性

实时操作系统（RTOS）是一种专门设计用于管理实时系统的软件。实时系统是指对时间要求严格的系统，其中任务必须在指定的时间内完成。RTOS提供了一组服务，使开发人员能够创建和管理实时任务，并确保它们在适当的时间执行。

RTOS的主要特性包括：

- **确定性：**RTOS保证任务将在指定的时间内执行，即使系统负载很高。
- **优先级调度：**RTOS允许任务分配优先级，确保高优先级任务优先执行。
- **同步和通信：**RTOS提供机制，使任务可以同步和通信，以避免竞争条件和死锁。
- **中断处理：**RTOS管理中断，确保高优先级中断优先处理，并防止低优先级中断阻塞系统。

### 2.2 实时操作系统任务管理

#### 2.2.1 任务调度算法

任务调度算法决定了RTOS如何选择要执行的任务。常见的调度算法包括：

- **轮询调度：**任务按顺序执行，每个任务在执行完后都会被重新排队。
- **优先级调度：**任务根据其优先级执行，高优先级任务优先执行。
- **时间片轮转调度：**每个任务分配一个时间片，在时间片用完后，任务会被重新排队。

#### 2.2.2 任务同步和通信

任务同步和通信是RTOS的关键功能，可防止竞争条件和死锁。常见的同步和通信机制包括：

- **互斥量：**用于保护共享资源，防止多个任务同时访问。
- **信号量：**用于表示资源的可用性，任务在等待资源可用时可以阻塞。
- **消息队列：**用于在任务之间传递消息。

### 2.3 实时操作系统中断处理

#### 2.3.1 中断处理机制

中断是硬件事件触发的特殊事件，会暂停正在执行的任务并执行中断服务例程（ISR）。RTOS管理中断，确保高优先级中断优先处理，并防止低优先级中断阻塞系统。

#### 2.3.2 中断优先级和嵌套

中断优先级决定了中断处理的顺序。高优先级中断会中断低优先级中断。中断嵌套允许高优先级中断中断低优先级中断，从而确保关键任务及时执行。

# 3. FreeRTOS实时操作系统的实践应用**

### 3.1 FreeRTOS任务管理

#### 3.1.1 任务创建和删除

**任务创建：**

TaskHandle_t xTaskCreate(
    TaskFunction_t pvTaskCode,     // 任务函数指针
    const char * const pcName,     // 任务名称
    const uint32_t usStackDepth,   // 任务堆栈大小