STM32单片机RTOS应用：多任务编程的艺术，解锁单片机新境界

# 1. STM32单片机RTOS简介

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，它提供了一组API，用于管理任务调度、同步和通信。对于STM32单片机，RTOS可以显著提高系统的实时性和可靠性，使其能够处理复杂的多任务应用。

RTOS的主要功能包括：

- **任务管理：**创建、删除和调度任务。
- **同步和通信：**使用信号量、队列和邮箱等机制实现任务之间的同步和通信。
- **中断管理：**处理中断并将其与任务调度集成。

# 2. 多任务编程基础

### 2.1 任务调度与优先级

**任务调度**

任务调度是 RTOS 的核心功能之一，负责管理系统中的任务，确保它们以可预测的方式执行。RTOS 提供了多种调度算法，如轮询调度、优先级调度、时间片轮转调度等。

**优先级**

任务优先级是一个数字值，用于指示任务的重要性。优先级高的任务在调度时具有更高的优先级，可以优先执行。RTOS 通常允许为每个任务分配不同的优先级，从而实现任务之间的优先级控制。

### 2.2 任务同步与通信

**任务同步**

任务同步机制用于确保多个任务协调地执行。常见的任务同步机制包括：

- **信号量：**一种二进制信号，用于表示资源是否可用。任务可以等待信号量，直到它变为可用，然后再继续执行。
- **互斥量：**一种锁机制，用于保护共享资源。一次只能有一个任务访问受互斥量保护的资源。
- **事件标志组：**一种位掩码，用于表示多个事件的发生。任务可以等待事件标志组中的特定位被置位，然后再继续执行。

**任务通信**

任务通信机制用于在任务之间传递数据。常见的任务通信机制包括：

- **消息队列：**一种先进先出（FIFO）队列，用于在任务之间传递消息。
- **管道：**一种双向通信机制，允许任务之间直接交换数据。
- **共享内存：**一种内存区域，允许任务之间共享数据。

### 2.3 中断与任务调度

**中断**

中断是一种硬件事件，会暂停当前正在执行的任务并跳转到中断服务例程 (ISR)。ISR 是一个专门处理中断事件的函数。

**中断与任务调度**

中断可以影响任务调度。当中断发生时，RTOS 会暂停当前正在执行的任务，并执行 ISR。ISR 执行完成后，RTOS 会重新调度任务，并选择优先级最高的任务执行。

**代码示例：**

#include "stm32f4xx.h"
#include "FreeRTOS.h"

// 任务优先级定义
#define TASK_PRIORITY_HIGH   1
#define TASK_PRIORITY_MEDIUM 2
#define TASK_PRIORITY_LOW    3

// 任务栈大小定义
#define TASK_STACK_SIZE 128

// 任务函数
void task1(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 任务逻辑
    }
}

void task2(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 任务逻辑
    }
}

void task3(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 任务逻辑
    }
}

int main(void) {
    // 创建任务
    xTaskCreate(task1, "Task 1", TASK_STACK_SIZE, NULL, TASK_PRIORITY_HIGH, NULL);
    xTaskCreate(task2, "Task 2", TASK_STACK_SIZE, NULL, TASK_PRIORITY_MEDIUM, NULL);
    xTaskCreate(task3, "Task 3", T