STM32单片机FreeRTOS编程：深入理解实时操作系统，打造嵌入式系统新高度

# 1. FreeRTOS简介与基本概念**

FreeRTOS是一个开源的实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计。它提供了轻量级且可移植的内核，使开发者能够创建可靠且响应迅速的应用程序。

FreeRTOS的核心概念包括任务、调度和同步。任务是执行特定功能的独立线程。调度程序负责管理任务的执行顺序，确保高优先级任务优先执行。同步机制（如互斥锁和信号量）用于协调任务之间的访问共享资源，防止冲突和数据损坏。

通过理解这些基本概念，开发者可以构建高效且可靠的嵌入式系统，充分利用FreeRTOS的实时功能和可扩展性。

# 2. FreeRTOS任务管理**

FreeRTOS任务管理是实时操作系统中的核心功能，负责管理系统中的任务调度、同步和通信。本章节将深入探讨FreeRTOS任务管理的机制，包括任务调度算法、任务优先级设置、任务同步和通信机制。

**2.1 任务调度与优先级**

**2.1.1 任务调度算法**

FreeRTOS采用抢占式优先级调度算法，这意味着优先级更高的任务可以随时抢占优先级较低的任务。任务调度算法的流程如下：

- 当系统中有多个任务就绪时，调度器会选择优先级最高的任务执行。
- 如果当前执行的任务的优先级低于新就绪任务的优先级，调度器会立即抢占当前任务，并切换到新任务。
- 任务执行完毕或被阻塞时，调度器会重新选择优先级最高的就绪任务执行。

**2.1.2 任务优先级设置**

FreeRTOS任务的优先级范围为0~255，其中0为最低优先级，255为最高优先级。任务的优先级可以通过`xTaskCreate()`函数设置。

xTaskCreate(task_function, "task_name", stack_size, parameter, priority, &task_handle);

**2.2 任务同步与通信**

任务同步和通信是多任务系统中的关键问题，FreeRTOS提供了多种机制来实现任务之间的同步和通信。

**2.2.1 互斥锁**

互斥锁是一种同步机制，用于保护共享资源的访问。当一个任务获取互斥锁后，其他任务将被阻止访问该资源，直到该任务释放互斥锁。

// 获取互斥锁
xSemaphoreTake(mutex, portMAX_DELAY);

// 使用共享资源

// 释放互斥锁
xSemaphoreGive(mutex);

**2.2.2 信号量**

信号量是一种同步机制，用于协调任务之间的活动。信号量可以表示一个资源或事件的状态，任务可以通过获取或释放信号量来同步其执行。

// 创建信号量
xSemaphoreCreateBinary(semaphore);

// 获取信号量
xSemaphoreTake(semaphore, portMAX_DELAY);

// 释放信号量
xSemaphoreGive(semaphore);

**2.2.3 队列**

队列是一种通信机制，用于在任务之间传递数据。任务可以通过将数据放入队列或从队列中获取数据来进行通信。

// 创建队列
xQueueCreate(queue_size, item_size);

// 将数据放入队列
xQueueSend(queue, &data, portMAX_DELAY);

// 从队列中获取数据
xQueueReceive(queue, &data, portMAX_DELAY);

# 3. FreeRTOS定时器与中断

### 3.1 定时器管理

#### 3.1.1 定时器类型与配置

STM32单片机提供了多种类型的定时器，包括通用定时器（TIMx）、基本定时器（TIMx_BASE）和高级定时器（TIMx_AF）。这些定时器具有不同的功能和特性，以满足不同的应用需求。

- **通用定时器（TIMx）**：通用定时器是最常见的定时器类型，具有丰富的功能和灵活的配置选项。它可以用于生成脉冲、测量时间间隔、创建 PWM 信号等。
- **基本定时器（TIMx_BASE）**：基本定时器是通用定时器的一个简化版本，具有更少的特性和更简单的配置。它主要用于生成 PWM 信号和测量时间间隔。
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