STM32单片机FreeRTOS编程：打造实时操作系统，提升嵌入式响应能力

# 1. FreeRTOS概述与架构**

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。它提供了一个可预测且可靠的执行环境，使开发人员能够创建响应迅速、高性能的应用程序。

FreeRTOS采用微内核架构，仅包含必要的核心功能，如任务调度、同步和通信。这种模块化设计允许开发人员根据需要添加其他组件，例如文件系统、网络堆栈和图形库，从而创建定制的操作系统。

# 2. FreeRTOS编程基础

### 2.1 任务管理

任务是FreeRTOS中最基本的执行单元，它代表了可执行的代码块。任务管理涉及创建、删除、优先级设置和调度任务。

#### 2.1.1 任务创建和删除

**任务创建：**

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

**参数说明：**

* `pvTaskCode`: 任务函数指针
* `pcName`: 任务名称
* `usStackDepth`: 任务堆栈深度（单位：字）
* `pvParameters`: 传递给任务函数的参数
* `uxPriority`: 任务优先级
* `pxCreatedTask`: 用于接收创建的任务句柄（可选）

**任务删除：**

void vTaskDelete(TaskHandle_t xTaskToDelete);

**参数说明：**

* `xTaskToDelete`: 要删除的任务句柄

#### 2.1.2 任务优先级和调度

任务优先级决定了任务的执行顺序。优先级高的任务将优先执行。FreeRTOS使用抢占式调度算法，这意味着高优先级的任务可以打断低优先级的任务。

**任务优先级设置：**

BaseType_t xTaskPrioritySet(TaskHandle_t xTask, UBaseType_t uxNewPriority);

**参数说明：**

* `xTask`: 要设置优先级的任务句柄
* `uxNewPriority`: 新的优先级

#### 2.1.3 任务同步与互斥

任务同步和互斥机制用于确保任务之间共享资源时的一致性和安全性。

**互斥量：**

互斥量是一个二进制信号量，用于保护临界区。它确保同一时间只有一个任务可以访问临界区。

**创建互斥量：**

MutexHandle_t xSemaphoreCreateMutex(void);

**获取互斥量：**

BaseType_t xSemaphoreTake(MutexHandle_t xMutex, TickType_t xTicksToWait);

**释放互斥量：**

BaseType_t xSemaphoreGive(MutexHandle_t xMutex);

**信号量：**

信号量是一个计数信号量，用于控制任务对资源的访问。它允许多个任务同时访问资源，只要资源数量不超过信号量的计数。

**创建信号量：**

SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting(UBaseType_t uxCount, UBaseType_t uxInitialCount);

**获取信号量：**

BaseType_t xSemaphoreTake(SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait);

**释放信号量：**

BaseType_t xSemaphoreGive(SemaphoreHandle_t xSemaphore);

### 2.2 队列与信号量

队列和信号量是FreeRTOS中用于任务间通信和同步的机制。

#### 2.2.1 队列的创建和使用

队列是一种先进先出（FIFO）数据结构，用于在任务之间传递消息或数据。

**创建队列：**

QueueHandle_t