STM32单片机RTOS应用：打造实时嵌入式系统，让你的单片机应对复杂任务游刃有余

# 1. 实时操作系统（RTOS）基础**

实时操作系统（RTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，它能够满足嵌入式系统对实时性、可靠性和资源受限等方面的要求。RTOS提供了任务调度、同步和通信等基本功能，使嵌入式系统能够高效地管理任务和资源。

**RTOS的特点：**

* **实时性：**RTOS能够保证任务在指定的时间内执行，满足嵌入式系统的实时性要求。
* **可靠性：**RTOS具有较高的可靠性，能够在恶劣的环境下稳定运行，保证嵌入式系统的正常工作。
* **资源受限：**RTOS通常运行在资源受限的嵌入式系统上，因此它需要占用较少的内存和处理资源。

# 2. STM32单片机RTOS编程

### 2.1 STM32单片机RTOS选型

在STM32单片机上使用RTOS时，需要根据具体需求选择合适的RTOS内核。常用的RTOS内核包括FreeRTOS和µC/OS-III。

#### 2.1.1 FreeRTOS

FreeRTOS是一款开源、免费的RTOS内核，具有以下特点：

- **轻量级：**内核代码量小，占用资源少，适合资源受限的嵌入式系统。
- **实时性：**采用抢占式调度算法，保证高优先级任务的实时性。
- **可移植性：**支持多种处理器架构和操作系统平台，易于移植。
- **丰富的API：**提供丰富的任务管理、同步和通信等API，方便开发。

#### 2.1.2 µC/OS-III

µC/OS-III是一款商用RTOS内核，具有以下特点：

- **高可靠性：**经过严格测试和认证，确保系统稳定性和可靠性。
- **可扩展性：**提供模块化设计，可以根据需要添加或删除功能模块。
- **实时性：**支持优先级调度和时间片轮转调度，保证实时性。
- **易用性：**提供图形化配置工具，简化RTOS配置和调试。

### 2.2 RTOS任务管理

任务是RTOS中执行的最小单位，每个任务都有自己的栈空间和优先级。

#### 2.2.1 任务创建和调度

任务的创建和调度是RTOS任务管理的核心功能。

- **任务创建：**使用RTOS API创建任务，指定任务的入口函数、栈空间大小和优先级。
- **任务调度：**RTOS根据任务的优先级和就绪状态进行调度，确保高优先级任务优先执行。

// FreeRTOS任务创建示例
TaskHandle_t taskHandle;
xTaskCreate(taskFunction, "TaskName", 1024, NULL, 1, &taskHandle);

// µC/OS-III任务创建示例
OS_TCB taskTCB;
OS_ERR err;
OSTaskCreate(&taskTCB, "TaskName", taskFunction, NULL, 1, &taskHandle);

#### 2.2.2 任务同步和通信

任务同步和通信是RTOS中保证任务间协作的重要机制。

- **任务同步：**使用信号量、互斥锁等机制实现任务同步，防止任务冲突。
- **任务通信：**使用消息队列、邮箱等机制实现任务间通信，传递数据和信息。

// FreeRTOS信号量同步示例
SemaphoreHandle_t semaphore;
semaphore = xSemaphoreCreateBinary();
xSemaphoreGive(semaphore);
xSemaphoreTake(semaphore, portMAX_DELAY);

// µC/OS-III消息队列通信示例
OS_Q msgQueue;
OS_ERR err;
OSQCreate(&msgQueue, "MsgQueueName", 10, &err);
OSQPost(&msgQueue, &msg, 0, &err);
OSQAccept(&msgQueue, &msg, &err);

### 2.3 RTOS定时器管理

定时器是RTOS中用于产生定时中断和实现延时功能的重要机制。

#### 2.3.1 定时器类型和配置

RTOS提供多种定时器类型，包括软件定时器和硬件定时器。

- **软件定时器：**在软件中实现，占用CPU资源，但精度较低。
- **硬件定时器：**使用片上硬件定时器，精度高，但数量有限。

// FreeRTOS软件定时器创建示例
TimerHandle_t timerHandle;
timerHandle = xTimerCreate("TimerName", 1000, pdTRUE, NULL, timerCallback);
xTimerStart(timerHandle, 0);

// µC/OS-III硬件定时器配置示例
OS_TCB timerTCB;
OS_ERR err;
OSTimeSet(1000);
OSTaskCreate(&timerTCB, "TimerTaskName", timerTask, NULL, 1, &timerHandle);

#### 2.3.2 定时器中断处理

定时器中断处理是RTOS定时器管理的重要组成部分。

- **定时器中断服务程序：**在定时器中断发生时执行，负责处理定时