文章目录

一、了解FreeRTOS
二、使用Keil创建FreeRTOS 工程（不使用Free RTOS源码）
三、了解裸机系统与多任务系统
四、FreeRTOS的任务
五、移植FreeRTOS到STM32
六、实现多任务程序
七、总结
八、参考资料

本文章采用的开发板是野火stm32mini版，前面四个部分只是一些介绍内容，重点移植内容在后面。

一、了解FreeRTOS

RTOS
Real Time Operating System 实时操作系统。
FreeRTOS
FreeRTOS 是一款 “开源免费”的实时操作系统，遵循的是 GPLv2+的许可协议。

FreeRTOS的编程风格
①FreeRTOS 的数据类型
对标准 C 的数据类型进行了重定义。
详细内容如下：

新定义的数据类型	实际的数据类型	说明
portCHAR	char	字符型
ortSHORT	short	短整型
ortLONG	long	长整型
ortTickType	unsigned short int或者unsigned int	均用于定义系统时基计数器的值和阻塞时间的值。当 FreeRTOSConfig.h 头文件中的宏configUSE_16_BIT_TICKS 为 1 时,unsigned short int则为 16位,unsigned int则为 32位。
ortBASE_TYPE	long	根据处理器的架构来决定是多少位的，如果是 32/16/8bit 的处理器则是 32/16/8bit 的数据类型。一般用于定义函数的返回值或者布尔类型。

②FreeRTOS的变量名
定义变量的时候往往会把变量的类型当作前缀加在变量上。
通常规则是char 型变量的前缀是 c，short 型变量的前缀是 s，long 型变量的缀是 l， portBASE_TYPE 类型，数据结构，任务句柄，队列句柄变量的前缀是 x。如果一个变量是无符号型的那么会有一个前缀 u，如果是一个指针变量则会有一个前缀 p。因此，当我们定义一个无符号的 char 型变量的时候会加一个 uc 前缀，当定义一个char 型的指针变量的时候会有一个 pc 前缀。
③FreeRTOS的函数名
函数名包含了函数返回值的类型、函数所在的文件名和函数的功能，如果是私有的函数则会加一个 prv（private）的前缀。
④FreeRTOS的宏
宏均是由大写字母表示，并配有小写字母的前缀，前缀用于表示该宏在个头文件定义。比如 configUSE_PREEMPTION（config就表示宏定义在FreeRTOSConfig.h中）

小技巧：编写FreeRTOS代码的时候缩进最好不要采用tab键，使用空格，移植代码不容易出现出现格式问题。

二、使用Keil创建FreeRTOS 工程（不使用Free RTOS源码）

准备相关文件夹
电脑上创建一个FreeRTOS（名称可以自己取）文件夹，然后再该文件夹下创建下面文件夹或文件

件夹名称	文件夹用途
Doc	存放工程的说明文件
Project	存放新建的工程文件
User	存放main.c和其他用户编写的程序
freeRTOS/Demo	存放板级支持包
freeRTOS/License	存放FreeRTOS组件
freeRTOS/Source/include	存放头文件
freeRTOS/Source	存放FreeRTOS内核源码
freeRTOS/Source/protable/RVDS/ARM_CM3	存放与处理器相关的接口文件（移植文件）
freeRTOS/Source/protable/RVDS/ARM_CM4	存放与处理器相关的接口文件（移植文件）
freeRTOS/Source/protable/RVDS/ARM_CM7	存放与处理器相关的接口文件（移植文件）

Keil创建工程
①点击Project—>New uVision Project,输入工程名称（可以随便取名）
②选择处理器，我们选择 ARMCM3（ARMCM4 或 ARMCM7，根据自己的开发板进行选择）

③Manage Run-Time Environment 选项框中选择CMSIS 栏中 CORE 和 Device 栏中 Startup

④keil工程里面新建文件组和添加本地文件
工程里面添加 User、freeRTOS/ports、freeRTOS/source 和 Doc 这几个文件组。
文件组中添加本地文件，User中添加main.c,Doc中添加readme.txt。
选择工程，右键选择Manage Project Items

三、了解裸机系统与多任务系统

裸机系统
裸机系统通常分成轮询系统和前后台系统。
①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。
②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。
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。

三种系统的对比

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	主程序	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

四、FreeRTOS的任务

任务的定义
把整个系统分割成一个个独立的且无法返回的函数，这些函数我们称为任务。

创建任务
①定义任务栈
每个任务都分配独立的栈空间，这个栈空间通常是一个预先定义好的全局数组，也可以是动态分配的一段内存空间，但它们都存在于 RAM 中。

#define TASK1_STACK_SIZE 128
StackType_t Task1Stack[TASK1_STACK_SIZE];  
#define TASK2_STACK_SIZE 128
StackType_t Task2Stack[TASK2_STACK_SIZE];

②定义任务函数

 void delay (uint32_t count)
{
      
      
	for (; count!=0; count--);
}
/* 任务 1 */
void Task1_Entry( void *p_arg ) 
{
      
      
	for ( ;; )
	{
      
      
		flag1 = 1;
		delay( 100 );
		flag1 = 0;
		delay( 100 );
	}
}
/* 任务 2 */
void Task2_Entry( void *p_arg ) 
{
      
      
	for ( ;; )
	{
      
      
		flag2 = 1;
		delay( 100 );
		flag2 = 0;
		delay( 100 );
	}
}

③定义任务控制块
任务控制块就相当于任务的身份证，里面存有任务的所有信息，比如任务的栈指针，任务名称，任务的形参等内容。

typedef struct tskTaskControlBlock
{
      
      
	volatile StackType_t *pxTopOfStack; /* 栈顶 */ 
	ListItem_t xStateListItem; /* 任务节点 */ 
	StackType_t *pxStack; /* 任务栈起始地址 */ 
	/* 任务名称，字符串形式 */
	char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];
} tskTCB;
typedef tskTCB TCB_t;//数据类型重定义

④实现任务创建函数

/*
任务的创建方法：动态创建，静态创建。
动态创建时，任务控制块和栈的内存是创建任务时动态分配的，任务删除时，内存可以释放。
静态创建时，任务控制块和栈的内存需要事先定义好，是静态的内存任务删除时，内存不能释放。
此处是静态创建
*/
#if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )  
TaskHandle_t xTaskCreateStatic( TaskFunction_t pxTaskCode, //任务入口，即任务的函数名称。
const char * const pcName, //任务名称，字符串形式
const uint32_t ulStackDepth,//任务栈大小，单位为字
void * const pvParameters,//任务形参
StackType_t * const puxStackBuffer,//任务栈起始地址
TCB_t * const pxTaskBuffer ) //任务控制块指针
{
      
      
	TCB_t *pxNewTCB;
	TaskHandle_t xReturn; //定义一个任务句柄 xReturn，任务句柄用于指向任务的 TCB
	if ( ( pxTaskBuffer != NULL ) && ( puxStackBuffer != NULL ) )
	{
      
      
		pxNewTCB = ( TCB_t * ) pxTaskBuffer;
		pxNewTCB->pxStack = ( StackType_t * ) puxStackBuffer;
		/* 创建新的任务 */
		/*调用 prvInitialiseNewTask()函数，创建新任务
		pxTaskCode：任务入口
		pcName：任务名称，字符串形式
		ulStackDepth：任务栈大小，单位为字
		pvParameters：任务形参
		&xReturn：任务句柄
		pxNewTCB)：任务栈起始地址
		*/
		prvInitialiseNewTask( pxTaskCode, pcName, ulStackDepth, pvParameters, &xReturn,pxNewTCB);
	 }
	else
	{
      
      
		xReturn = NULL;
	}
	/* 返回任务句柄，如果任务创建成功，此时 xReturn 应该指向任务控制块 */
	return xReturn; //返回任务句柄，如果任务创建成功，此时 xReturn 应该指向任务控制块，xReturn 作为形参传入到 prvInitialiseNewTask 函数
} 
#endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION */

实现就绪列表
①定义就绪列表

List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];

②就绪列表初始化

void prvInitialiseTaskLists( void )
{
      
      
	UBaseType_t uxPriority; 
	for ( uxPriority = ( UBaseType_t ) 0U; uxPriority < ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES;uxPriority++ )
	{
      
      
		vListInitialise( &( pxReadyTasksLists[ uxPriority ] ) );
	}
}

③将任务插入到就绪列表

1 /* 初始化与任务相关的列表，如就绪列表 */ 
prvInitialiseTaskLists(); 
Task1_Handle = /* 任务句柄 */
xTaskCreateStatic( (TaskFunction_t)Task1_Entry, /* 任务入口 */
(char *)"Task1", /* 任务名称，字符串形式 */
(uint32_t)TASK1_STACK_SIZE , /* 任务栈大小，单位为字 */
(void *) NULL, /* 任务形参 */
(StackType_t *)Task1Stack, /* 任务栈起始地址 */
(TCB_t *)&Task1TCB ); /* 任务控制块 */
/* 将任务添加到就绪列表 */ 
vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[1] ), &( ((TCB_t *)(&Task1TCB))->xStateListItem ) );

实现调度器
调度器是操作系统的核心，其主要功能是用于实现任务的切换，即从就绪列表里面找到优先级最高的任务，然后去执行该任务。
①启动调度器

void vTaskStartScheduler( void )
{
      
      
	/* 手动指定第一个运行的任务 */
	pxCurrentTCB = &Task1TCB; 
	//的全局指针，用于指向当前正在运行或者即将要运行的任务的任务控制块
	/* 启动调度器 */
	if ( xPortStartScheduler() != pdFALSE )
	{
      
      
		/* 调度器启动成功，则不会返回，即不会来到这里 */ 
	}
}

②任务切换

 void vTaskSwitchContext( void )
{
      
      
	/* 两个任务轮流切换 */
	if ( pxCurrentTCB == &Task1TCB ) //如果当前任务为任务 1，则把下一个要运行的任务改为任务 2
	{
      
      
		pxCurrentTCB = &Task2TCB;
	}
	else 如果当前任务为任务 2，则把下一个要运行的任务改为任务 1
	{
      
      
		pxCurrentTCB = &Task1TCB;
	}
}

当前任务1和任务2之间不存在优先级的，所以此处任务切换是采用的轮流切换的方式。

五、移植FreeRTOS到STM32

获取 STM32 的裸机工程模板
已建好的一个基于固件库的STM32工程。
下载 FreeRTOS V9.0.0 源码
FreeRTOS 的源码获取地址：
https://sourceforge.net/projects/freertos/files/FreeRTOS/
FreeRTOS源码文件的介绍
往裸机工程添加 FreeRTOS 源码
添加最简的FreeRTOS源码方法
①在STM32裸机工程模板根目录下新建一个文件夹，命名为“FreeRTOS”
②在FreeRTOS文件夹下新建两个空文件夹，分别命名为“src”与“port”，src 文件夹用于保存 FreeRTOS 中的核心源文件（‘.c 文件’），port 文件夹用于保存内存管理以及处理器架构相关代码
③FreeRTOS V9.0.0 源码的部分文件复制到STM32裸机工程下的FreeRTOS文件

“FreeRTOSv9.0.0\ FreeRTOS\Source”目录下找到“include”文件夹，直接复制到FreeRTOS文件夹

直接拷贝整个FreeRTOS源码到STM32裸机工程
添加 FreeRTOS 源码到工程组文件夹
选中工程，右键选择Manage Project Items

添加头文件路径

编译出现错误

解决方法
在D:\FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil（该路径是我电脑路径，你需要找到你下载源码所放置的位置）中找到FreeRTOSConfig.h复制到STM32工程中的FreeRTOS文件夹。

六、实现多任务程序

创建任务句柄

static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;
/* LED任务句柄 */
static TaskHandle_t LED_Task_Handle = NULL;
/* 串口任务句柄 */
static TaskHandle_t USART_Task_Handle = NULL;
/* 温度任务句柄 */
static TaskHandle_t Temperature_Task_Handle = NULL;

创建任务

/* 创建LED_Task任务 */
  xTaskCreate((TaskFunction_t )LED_Task, /* 任务入口函数 */
              (const char*    )"LED_Task",/* 任务名字 */
              (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */
              (void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */
              (UBaseType_t    )2,	    /* 任务的优先级 */
              (TaskHandle_t*  )&LED_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */
							
	/* 创建USART_Task任务 */
  xTaskCreate((TaskFunction_t )USART_Task, /* 任务入口函数 */
              (const char*    )"USART_Task",/* 任务名字 */
              (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */
              (void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */
              (UBaseType_t    )2,	    /* 任务的优先级 */
              (TaskHandle_t*  )&USART_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */
							
	/* 创建Temperature_Task任务 */
  xTaskCreate((TaskFunction_t )Temperature_Task, /* 任务入口函数 */
              (const char*    )"Temperature_Task",/* 任务名字 */
              (uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */
              (void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */
              (UBaseType_t    )2,	    /* 任务的优先级 */
              (TaskHandle_t*  )&Temperature_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */

任务功能函数

static void LED_Task(void* parameter)
{
      
      	
    while (1)
    {
      
      
				printf("LED is ON!\n");
        LED1_ON;
        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */
        
				printf("LED is OFF!\n");
        LED1_OFF;     
        vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */		 		
    }
}
static void USART_Task(void* pvParameters)
{
      
      
	while(1)
	{
      
      
		printf("Hello Windows!\n");
		vTaskDelay(1000);
	}
	
}
static void Temperature_Task(void* pvParameters)
{
      
      
	//具体功能还没有实现，此处采用一个输出语句来表明进行该项任务
	while(1)
	{
      
      
		printf("检测温度！\n");
		vTaskDelay(1000);
	}
}

main函数

/*****************************************************************
  * @brief  主函数
  * @param  无
  * @retval 无
  * @note   第一步：开发板硬件初始化 
            第二步：创建APP应用任务
            第三步：启动FreeRTOS，开始多任务调度
  ****************************************************************/
int main(void)
{
      
      	
  BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */

  /* 开发板硬件初始化 */
  BSP_Init();
   /* 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 */    
}

编译烧录
使用串口来验证结果

整个工程代码百度网盘链接：
https://pan.baidu.com/s/1_Vs0Yl2HkydNiAfphZDAwg
提取码:m63f

七、总结

本文章的重点内容是FreeRTOS的移植和多任务的实现。前面内容只是对整个内容的一些介绍，不想了解也没什么关系。只是可能在后面代码部分，看的不是很懂。不清楚每个部分具体是完成一些什么操作。本过程初始化函数是必要的，一定不要忘记添加。特别是对串口的初始化，如果没有初始化，程序可能不会报错，但是，使用串口调试助手进行数据接收就什么也不会显示。程序中的printf函数并不是指的C程序中的printf函数，而是串口中重新定义的函数，不要混淆了。

八、参考资料

野火FreeRTOS内核实现与应用开发实战.pdf
下载地址：野火官方产品资料下载

STM32下完成基于FreeRTOS的多任务程序