STM32单片机按键扫描与嵌入式操作系统：FreeRTOS、μC_OS，轻松实现多任务

# 1. STM32单片机按键扫描原理**

STM32单片机按键扫描原理主要基于外部中断机制。当按键按下时，外部中断会触发中断服务程序，程序读取按键状态并执行相应的操作。按键扫描过程通常采用轮询方式，即周期性地检测每个按键的状态。

具体而言，STM32单片机的按键扫描过程如下：

1. 配置按键引脚为输入模式，并使能外部中断。
2. 在中断服务程序中，读取按键引脚的状态。
3. 根据按键状态，执行相应的操作，如触发事件或更新按键状态变量。
4. 重置外部中断标志，等待下一次按键按下。

# 2. 嵌入式操作系统简介

嵌入式操作系统（RTOS）是一种专门设计用于嵌入式系统的小型、高效的操作系统。嵌入式系统通常资源受限，具有实时性要求，并且需要可靠性。RTOS 提供了任务管理、同步和通信机制，使开发人员能够创建复杂且响应迅速的嵌入式应用程序。

### 2.1 FreeRTOS 概述

FreeRTOS 是一个流行的开源 RTOS，以其轻量级、实时性和可移植性而闻名。它采用抢占式调度算法，这意味着优先级更高的任务可以抢占优先级较低的任务。

#### 2.1.1 FreeRTOS 架构和调度机制

FreeRTOS 采用微内核架构，其中内核只提供任务管理、调度和中断处理等基本服务。应用程序代码运行在用户空间中，与内核隔离。

FreeRTOS 的调度机制基于优先级队列。每个任务都有一个优先级，优先级更高的任务在就绪队列中排在优先级较低的任务前面。当一个任务被抢占时，当前运行的任务会被挂起，优先级更高的任务将被调度运行。

#### 2.1.2 FreeRTOS 任务管理

任务是 FreeRTOS 中的基本执行单元。每个任务都有自己的堆栈、程序计数器和寄存器组。任务可以创建、删除和挂起。

FreeRTOS 提供了丰富的任务管理 API，包括：

- `xTaskCreate()`：创建新任务
- `vTaskDelete()`：删除任务
- `vTaskSuspend()`：挂起任务
- `vTaskResume()`：恢复挂起的任务

### 2.2 μC_OS 概述

μC_OS 是另一个流行的开源 RTOS，以其可移植性、可靠性和对多核系统的支持而闻名。它采用协作式调度算法，这意味着任务不能被抢占。

#### 2.2.1 μC_OS 架构和任务调度

μC_OS 采用模块化架构，其中内核提供任务管理、调度和内存管理等基本服务。应用程序代码运行在用户空间中，与内核隔离。

μC_OS 的调度机制基于轮询。任务按照优先级顺序排列在就绪队列中。当一个任务完成时，调度程序将切换到下一个就绪任务。

#### 2.2.2 μC_OS 内存管理

μC_OS 提供了灵活的内存管理机制，包括：

- 内存池：预分配固定大小的内存块，提高内存分配效率
- 动态内存分配：允许应用程序动态分配和释放内存
- 内存保护：防止任务访问未分配的内存区域

# 3. 按键扫描与FreeRTOS实现**

### 3.1 FreeRTOS任务创建和同步

#### 3.1.1 任务创建和优先级设置

在FreeRTOS中，任务是执行特定功能的独立线程。创建任务需要使用`xTaskCreate()`函数，其原型如下：

BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pvTaskCode,
                         const char * const pcName,
                         const uint16_t usStackDepth,
                         void * const pvParameters,
                         UBaseType_t uxPriority,
                         TaskHandle_t * const pxCreatedTask );

| 参数 | 描述 |
|---|---|
| `pvTaskCode` | 任务函数指针 |
| `pcName` | 任务名称 |
| `usStackDepth` | 任务堆栈大小（字节） |
| `pvParameters` | 传递给任务函数的参数 |
| `uxPriority` | 任务优先级 |
| `pxCreatedTask` | 创建的任务句柄 |

任务优先级是一个介于0到configMAX_PRIORITIES-1之间的数字，数字越大，优先级越高。任务调度器将根据优先级选择要执行的任务。

#### 3.1.2 信号量和互斥量

信号量和互斥量是FreeRTOS中用于任务同步的机制。

**信号量**用于限制对共享资源的访问。信号量可以初始化为一个特定的值，表示资源的可用数量。当任务需要访问资源时，它