一、了解FreeRTOS
FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。作为一个轻量级的操作系统，功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等，可基本满足较小系统的需要。- 在操作系统的控制下，每个正在执行的程序就是一个任务
[task]。如果一个操作系统能够以这种方法执行多个任务，这就叫做多任务[multitasking].
多任务操作系统的使用可以简化应用程序的设计:
1． 操作系统的多任务和任务间通信的机制允许复杂的应用程序被分成一系列更小的和更多的可以管理的任务。
2． (程序的)划分(partitioning)让软件测试更容易, 团队工作分解(work breakdown within teams),也有利于代码复用。
3． 复杂的定时和先后顺序的细节 可以从应用程序代码中 删除。（因为）这成为操作系统的职责。
二、裸机系统和多任务系统
1.裸机系统
裸机系统通常分成轮询系统和前后台系统。
-
轮询系统
在裸机编程的时候，先初始化好相关的硬件，然后让主程序在一个死循环里面不断循环，顺序地做各种事情。只需要顺序执行代码且不需要外部事件来驱动的就能完成的事情。 -
前后台系统
在轮询系统的基础上加入了中断。外部事件的响应在中断里面完成，事件的处理还是回到轮询系统中完成，中断在这里我们称为前台，main 函数里面的无限循环我们称为后台。
2.多任务系统
多任务系统的事件响应也是在中断中完成的，但是事件的处理是在任务中完成的。在多任务系统中，任务跟中断一样，也具有优先级，优先级高的任务会被优先执行。当一个紧急的事件在中断被标记之后，如果事件对应的任务的优先级足够高，就会立马得到响应。多任务系统与前后台系统的区别在于对于事件的处理位置不同。
3.系统对比
| 模型 | 事件响应 | 事件处理 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 轮询系统 | 主程序 | 主程序 | 轮询响应事件，轮询处理事件 |
| 前后台系统 | 中断 | 任务 | 实时响应事件，轮询处理事件 |
| 多任务系统 | 中断 | 任务 | 实时响应事件，实时处理事件 |
三、基于FreeRTOS的多任务程序实现
1.工程模板下载：链接.
2.解压之后打开: Project —> RVMDK（uv5）—> Fire_FreeRTOS.uvprojx
3.将main.c中的内容修改为:
/* FreeRTOS头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* 开发板硬件bsp头文件 */
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_usart.h"
/* 创建任务句柄 */
static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;
/* LED1任务句柄 */
static TaskHandle_t LED1_Task_Handle = NULL;
/* LED2任务句柄 */
static TaskHandle_t LED2_Task_Handle = NULL;
/* USART1任务句柄 */
static TaskHandle_t USART1_Task_Handle = NULL;
/* AHT20任务句柄 */
static TaskHandle_t AHT20_Task_Handle = NULL;
/*************************************************************************
函数声明
*************************************************************************/
static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */
static void LED1_Task(void* pvParameters);/* LED1_Task任务实现 */
static void LED2_Task(void* pvParameters);/* LED2_Task任务实现 */
static void USART1_Task(void* pvParameters);/* USART1_Task任务实现 */
static void AHT20_Task(void* pvParameters);/* AHT20_Task任务实现 */
static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 */
int main(void)
{
/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
BaseType_t xReturn = pdPASS;
/* 开发板硬件初始化 */
BSP_Init();
printf("这是一个STM32基于FreeRTOS实现多任务程序的实验！\r\n");
/* 创建AppTaskCreate任务 */
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )AppTaskCreate, /* 任务入口函数 */
(const char* )"AppTaskCreate",/* 任务名字 */
(uint16_t )512, /* 任务栈大小 */
(void* )NULL,/* 任务入口函数参数 */
(UBaseType_t )1, /* 任务的优先级 */
(TaskHandle_t* )&AppTaskCreate_Handle);/* 任务控制块指针 */
/* 启动任务调度 */
if(pdPASS == xReturn)
vTaskStartScheduler(); /* 启动任务，开启调度 */
else
return -1;
while(1); /* 正常不会执行到这里 */
}
static void AppTaskCreate(void)
{
BaseType_t xReturn = pdPASS;
taskENTER_CRITICAL();
/* 创建LED1_Task任务 */
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED1_Task,
(const char* )"LED1_Task",
(uint16_t )512,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )2,
(TaskHandle_t* )&LED1_Task_Handle);
if(pdPASS == xReturn)
printf("创建LED1_Task任务成功!\r\n");
/* 创建LED2_Task任务 */
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED2_Task,
(const char* )"LED2_Task",
(uint16_t )512,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )3,
(TaskHandle_t* )&LED2_Task_Handle);
if(pdPASS == xReturn)
printf("创建LED2_Task任务成功!\r\n");
/* 创建USART1_Task任务 */
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)USART1_Task,
(const char* )"USART1_Task",
(uint16_t )512,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )3,
(TaskHandle_t* )&USART1_Task_Handle);
if(pdPASS == xReturn)
printf("创建USART1_Task任务成功!\r\n");
/* 创建AHT20_Task任务 */
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t)AHT20_Task,
(const char* )"AHT20_Task",
(uint16_t )512,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )4,
(TaskHandle_t* )&AHT20_Task_Handle);
if(pdPASS == xReturn)
printf("创建AHT20_Task任务成功!\r\n");
vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}
/**********************************************************************
LED1_Task任务
********************************************************************/
static void LED1_Task(void* parameter)
{
while (1)
{
LED1_ON;
vTaskDelay(500); /* 延时500个tick */
printf("LED1_Task Running,LED1_ON\r\n");
LED1_OFF;
vTaskDelay(500); /* 延时500个tick */
printf("LED1_Task Running,LED1_OFF\r\n");
}
}
/**********************************************************************
LED2_Task任务
********************************************************************/
static void LED2_Task(void* parameter)
{
while (1)
{
LED2_ON;
vTaskDelay(500); /* 延时500个tick */
printf("LED2_Task Running,LED2_ON\r\n");
LED2_OFF;
vTaskDelay(500); /* 延时500个tick */
printf("LED2_Task Running,LED2_OFF\r\n");
}
}
/**********************************************************************
USART1_Task任务
********************************************************************/
static void USART1_Task(void* parameter)
{
while(1)
{
vTaskDelay(2000);
printf("helloworld!\r\n");
}
}
/**********************************************************************
AHT20_Task任务
********************************************************************/
static void AHT20_Task(void* parameter)
{
while(1)
{
vTaskDelay(5000);
printf("温湿度采集!\r\n");
/* 由于还没有AHT20温湿度传感器，所以这是实现过程先留着 */
}
}
/***********************************************************************
板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面
*********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{
/*
* STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15
* 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，
* 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。
*/
NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );
/* LED 初始化 */
LED_GPIO_Config();
/* 串口初始化 */
USART_Config();
}
4.编译程序，将烧录程序到开发板中,及运行结果：
四、总结
初步学习了FreeRTOS原理，在STM32下完成一个基于FreeRTOS的多任务程序，执行3个周期task：task1，每间隔500ms闪烁（变化）一次LED；task2，每间隔2000ms，向串口发送一次指令数据“helloworld!"；task3，每间隔5000ms，从AHT20采集一次温湿度数据（不考虑硬件情况，仅写出整个多任务框架模拟代码）。