嵌入式操作系统_科协五分钟嵌入式操作系统freeRTOS

科协近期大事汇总

1. 科协网络服务恢复。

2. 第二周周六下午，科协迎新。

3. 下周预计举办python培训。

4. 挑战杯初审将在下周举行。

        开学第三周了，科协五分钟终于又和大家见面了。这次给大家带来嵌入式实时操作系统freeRTOS在STM32单片机上的简单教程。由于我也是刚学会，有不准确之处欢迎指正。

嵌入式实时操作系统？想学会这个我需要首先去学操作系统的课程吗？

        当然不需要！只要接触过一点单片机(裸机开发)，学习起来就不困难，特别是有了CubeMX这种神器，用图形界面配一个freeRTOS就和配一个PWM输出，串口中断一样简单。

嵌入式实时操作系统(RTOS)有什么作用呢？

        我就不复制RTOS的介绍了，简单来说，通过RTOS的任务调度机制，你可以在单核处理器上近似实现多个任务的并行执行。例如，本教程会实现三个LED以三种不同频率独立闪烁。

LED不同频率闪烁？这个我也会！

        的确，裸机代码也能实现此效果，但这样三个LED闪烁互相存在耦合，如果想改变相位差之类的就不太容易；更重要的是，如果想增加其他任务，要么继续在主循环里添加代码(轮询)，要么利用中断，轮询在任务较多时较难设计，而中断过多可能会产生一些不可预知的bug。

        而freeRTOS提供了一种在轮询和中断之外实现多任务的方式，每个任务独立性很高，编程简单，写出逻辑bug的概率较低。让我们进入正题！

        首先，打开STM32CubeMX软件

(什么？不知道CubeMX？这里有教程：

http://www.waveshare.net/study/article-629-1.html

也欢迎关注科协后续培训)

        新建项目，选择和你的开发板型号相符的单片机，我是F407VE。

        创建项目，首先在System Core-SYS选项中开Serial Wire Debug，并将Timebase Source从Systick改为某一定时器。

        因为我们的任务是点亮3个LED，所以设置对应的3个引脚为GPIO输出模式，除此之外，再设置一个和开关相连的引脚为输入上拉模式，以便演示用开关控制LED的一些行为。

        然后配置freeRTOS，在MiddleWare中找到FreeRTOS，将它的Interface开启。

        在下面一大堆选项中只需要改变Tasks and Queues。点击Tasks and Queues中的Add添加任务，重命名Task Name和Entry Function，再OK即可添加任务。添加四个任务，命名为LED1，LED2，LED3和KEY。

        选项Priority，也就是优先级，越高，任务的执行越接近实时。在本例程中可以不用改。

        对于一般的STM32应用，还推荐将系统主频改为允许的最高频率。在Clock Configuration中将System Clock Mux设为PLLCLK，调整PLL倍频和各处分频，让各处频率满足要求的同时，SYSCLK尽可能高(对于F407，168MHz)。

        之后就可以生成代码了。选择项目位置和IDE(我用的MDK-ARM V5，但据说CubeIDE的支持更好)，在Code Generator选中“Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per peripheral”，点击右上角Generate Code。

        之后的工作在IDE中进行。打开生成的项目，可以看到main.c中生成了freeRTOS的初始化代码。

        这次我们不需要在while(1)主循环中写任何代码，因为所有任务都交给freeRTOS来调度了。

        在freeRTOS中找到刚刚定义的startLED1等四个函数，在函数里写你需要的任务内容。每一个函数(任务)都可以理解为独立的进程，在这里你可以随便delay，而不用担心阻塞其他进程，只不过不是HAL_Delay，而是osDelay。在osDelay被执行时，操作系统会把这部分时间分配给其他的任务。

        这里我写了三个最简单的LED闪烁程序，初始周期分别为400*2，500*2和600*2(ms)。变量pause是配合按键使用的。

        此外还有一个简单的带去抖的按键任务，作用是每按一次，就将三个LED立即熄灭并相位差归零，随后以新的周期组继续闪烁(从400*2，500*2，600*2变为600*2，500*2，400*2)。

        编译下载程序，观察到LED以三种周期闪烁。由于800，1000，1200的最小公倍数为12000，每12秒三个LED的状态会重复一次。

        按动按键，可观察到LED闪烁周期的变化。

这种写法有什么优势吗？

        和裸机相比，RTOS最大的优势是各任务基本解耦，编程方便，逻辑清晰，自动调度让各任务基本保留了实时性，不会阻塞。其实，从广义上来说，裸机上写的中断啊轮询啊也算是一种任务调度方式，而RTOS把这个功能自动化了。

        应用领域的话，比如做比较复杂的仪器面板时，可以一个任务扫描矩阵键盘和电位器旋钮输入，一个任务从传感器采集数据，一个任务扫描数码管进行输出显示。再比如做智能小车，可以一个任务对电机码盘计数，一个任务进行PID控制，一个任务采集各种传感器数据，一个任务进行主逻辑控制，这样可以减少中断，提高可靠性。

当然也不是说RTOS就一定比裸机好，具体用哪种，还要根据具体需求具体分析。(而且我刚学会会简单调用RTOS没几天，以上分析都是凭经验推测，不保证准确)

        好了，这就是本期的科协五分钟，对单片机/嵌入式/硬件感兴趣的同学，欢迎加入精仪系科协，我们有一套完整的培训体系！

这次我们点亮了“科创-嵌入式层-嵌入式操作系统”

编辑 王广晗

审核 林逸晗，丁荣