1. 写在前面：为什么用这种方式学 FreeRTOS

这篇文章记录我学习 FreeRTOS 的完整过程。和很多教程不同，我不会一开始就铺开讲任务调度、信号量、消息队列这些概念，而是先动手把环境跑起来，让板子上的 LED 真正闪烁起来，再一点点往里加东西。每做完一个实验，再回头补对应的概念讲解，这样印象更深刻。

我使用的硬件和软件环境如下：

  • 开发板：STM32F407 VGT6-DISC
  • 调试器：USB_TTL接口直接烧录
  • IDE：STM32CubeIDE 1.19.0
  • FreeRTOS 版本：FreeRTOSv202604.01-LTS（下载地址：FreeRTOS™ - FreeRTOS™）

2. 第一步：用 CubeMX 生成基础工程并配置FreeRTOS

——对应视频2.2

本文章是基于学习视频编写的类似学习记录性质的文章，采用手动移植源码方式。（视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1KSLc6XEEt/?spm_id_from=333.1387.favlist.content.click）

2.1移植操作步骤：

  1. 打开 STM32CubeMX，选择 STM32F407VGT6 芯片。
  2. 在 Pinout 选项卡中选择system core选项，选择sys栏，将debug模式改为serial wire 使代码能多次烧录）。
  3. 保存并生成代码。
  4. 右键工程，选择new，新建一个source folder，命名为FreeRTOS，在这个文件夹下新建两个普通文件夹，命名为Src,Inc，分别存放RTOS的.c.h文件。
  5. 将下载的FreeRTOS解压，打开文件的FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel位置，将这个目录下的所有.c文件全部复制到上一步创建的Src文件夹下。
  6. 打开文件的FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel\include位置，将目录下的所有.h文件全部复制到Inc文件夹下。
  7. 添加移植层文件，打开文件的C:\Users\祖龙\Desktop\FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel\portable，我是用的是STM32CubeIDE+STM32f407，使用GCC编译和ARM_CM4F内核，则选中文件中的GCC文件下的ARM_CM4F文件，将里面的.h.c文件分别复制到Inc和Src文件中。
  8. 移植FreeRTOS的堆内存管理部分，打开文件目录的FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel\portable\MemMang，一般情况使用heap4即可将文件复制到Src中。
  9. 移植配置文件打开文件目录FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel\examples\template_configuration，选择文件中的FreeRTOSConfig.h，将其复制到Core文件中的Inc文件夹下（只有这个文件是复制到Core文件夹下）。

2.2：编辑配置文件：

时钟频率配置

看MX里的时钟配置页面只需要修改参数为AHB上的频率即可，不管时钟如何变化，只要保持配置一致即可。

本工程中我选择开启高速时钟源，修改时钟配置如下图，则配置项中时钟频率就要改成168M

修改位宽：如图，可以修改位宽为16，32，64，设置为多少主要看使用的什么单片机，我使用的STM32，则是32位单片机，这里就设置为32，这个位宽决定了系统节拍计数值范围，越宽计数值范围越大，32比特的计数值范围大约是49天，达到了技术范围则需重置，那程序中不达到重置那最好

设置pendsv和systick的中断优先级为(15 << 4)

设置FreeRTOS调用接口的中断优先级为(5 << 4)

设置是否使用时间片，将值改为1

修改configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW

2.3安装中断服务程序：

中断服务在port.c文件中

安装中断服务其实就是在startup_stm32f407vgtx.s中替换中断服务名称，将以上服务名称分别替换掉startup_stm32f407vgtx.s中的以下部分

这一操作中替换了xPortSysTickHandler，使得HAL库不能继续使用systick作为时钟基准让给了FreeRTOS，而HAL库需要另外启用一个时钟，这里我们按教程中的使用TIM6，修改如图配置，保存并生成代码

现在，FreeRTOS的移植完成了

3. 第一个任务：让两个 LED 按各自的频率闪烁起来

工程生成后，我做的第一件事不是读文档，而是先建一个最简单的任务，让 LED 闪烁。先跑通，再理解。

在 Pinout选项卡的图形化配置界面配置PC13，PC14为output，自动设置为了推挽输出，再给上标签LED1，LED2

保存并生成代码

在main.c中引用FreeRTOS相关头文件

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* USER CODE END Includes */

在main.c中写入LED1和LED2的任务代码

/* USER CODE BEGIN 0 */
void vLED1Task(void *Parameters)
{
	for(;;)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin,GPIO_PIN_SET);
		vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
		HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
	}
}

void vLED2Task(void *Parameters)
{
	for(;;)
	{
		HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin,GPIO_PIN_SET);
		vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
		HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin,GPIO_PIN_RESET);
		vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
	}
}
/* USER CODE END 0 */

在main方法中创建任务并启动

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  xTaskCreate(vLED1Task, "LED1", 128, NULL,1,NULL);
  xTaskCreate(vLED2Task, "LED2", 128, NULL,1,NULL);

  vTaskStartScheduler();
  /* USER CODE END 2 */

将FreeRTOS文件添加到目录中，不然工程识别不到，右键工程，选择properties，按下图步骤点击Add将FreeRTOS文件中的Inc和Src添加进去，点击应用并关闭。

烧录到板子上，LED 以 1 秒为周期闪烁（亮 500ms，灭 500ms），LED2以400ms为周期闪烁（两200ms，灭200ms）。看到灯亮起来的那一刻，FreeRTOS 的第一个任务就跑通了。

这里记住两个关键点：for(;;) 让任务永远不退出；vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500)) 让任务主动让出 CPU，单位是毫秒。使用这个延时而不是HAL_Delay是因为HAL_Delay是属于HAL库基于systick的，但是systick已经被HAL库转交给了FreeRTOS，HAL库使用的是TIM6，如果再去使用HAL_Delay那一定会出问题，所以这里只能用FreeRTOS的vTaskDelay。

4. 任务管理

4.1创建任务

创建任务的函数一般为下图这个函数

其中的pvParameters字段是传递任务代码的参数，比如有几个逻辑相同的任务，如第三点的两个小灯按各自频率闪烁，其逻辑基本一致，则可使用该字段传递任务代码。

改造代码，首先定义一个结构体用于存储闪灯相关信息

/* USER CODE BEGIN PTD */
typedef struct
{
  GPIO_TypeDef *LED_GPIOx;
  uint16_t LED_Pin;
  uint32_t Period;
}LEDBlinkInfo_TypeDef;
/* USER CODE END PTD */

然后将两个闪灯信息塞进结构体里

static const LEDBlinkInfo_TypeDef led1BlinkInfo = {.LED_GPIOx = LED1_GPIO_Port, .LED_Pin = LED1_Pin, .Period = 1000};
static const LEDBlinkInfo_TypeDef led2BlinkInfo = {.LED_GPIOx = LED2_GPIO_Port, .LED_Pin = LED2_Pin, .Period = 200};

而后编写两个小灯共同的逻辑代码，用info传递信息

static void prvLEDTask(void *pvParameters)
{
  LEDBlinkInfo_TypeDef *info = (LEDBlinkInfo_TypeDef *)pvParameters;

  for(;;)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(info->LED_GPIOx, info->LED_Pin,GPIO_PIN_SET);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(info->Period / 2));
    HAL_GPIO_WritePin(info->LED_GPIOx, info->LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(info->Period / 2));
  }
}

创建任务并启动

  xTaskCreate( prvLEDTask, "LED1", 128, (void *)&led1BlinkInfo, 1, NULL);
  xTaskCreate( prvLEDTask, "LED2", 128, (void *)&led2BlinkInfo, 1, NULL);

  vTaskStartScheduler();

最后编译并烧录代码，观察开发板，发现小灯按预期结果闪烁

4.2任务优先级：

uxPriority字段，0为最低优先级，configMAX_PRIORITYS-1,而configMAX_PRIORITYS（任务优先级数量）字段可以在FreeRTOS配置文件里修改

4.3任务句柄

pxCreatedTask

例如要创建一个任务来控制灯暂停、恢复和停止闪灯的过程

在我的工程中，使用4.1的代码进行改造，使橙色小灯闪烁的任务暂停，恢复，删除。

在main方法中补全以下代码

/* USER CODE BEGIN PV */
static const LEDBlinkInfo_TypeDef led1BlinkInfo = {.LED_GPIOx = LED1_GPIO_Port, .LED_Pin = LED1_Pin, .Period = 1000};
static const LEDBlinkInfo_TypeDef led2BlinkInfo = {.LED_GPIOx = LED2_GPIO_Port, .LED_Pin = LED2_Pin, .Period = 200};
static TaskHandle_t xLED1TaskHandle;
/* USER CODE END PV */
static void prvLEDTask(void *pvParameters)
{
  LEDBlinkInfo_TypeDef *info = (LEDBlinkInfo_TypeDef *)pvParameters;

  for(;;)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(info->LED_GPIOx, info->LED_Pin,GPIO_PIN_SET);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(info->Period / 2));
    HAL_GPIO_WritePin(info->LED_GPIOx, info->LED_Pin,GPIO_PIN_RESET);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(info->Period / 2));
  }
}

static void prvTask1(void *pvParameters)
{
	vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

	vTaskSuspend(xLED1TaskHandle);
	vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

	vTaskResume(xLED1TaskHandle);
	vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

	vTaskDelete(xLED1TaskHandle);

	vTaskDelete(NULL);
}
/* USER CODE END 0 */
  xTaskCreate( prvLEDTask, "LED1", 128, (void *)&led1BlinkInfo, 1, &xLED1TaskHandle);
  xTaskCreate( prvLEDTask, "LED2", 128, (void *)&led2BlinkInfo, 1, NULL);

  xTaskCreate( prvTask1, "Task1", 128, NULL, 1, NULL);

  vTaskStartScheduler();
  /* USER CODE END 2 */

编译并烧录，看到两小灯按预期结果闪烁

5. 第二个实验：两个任务轮流跑

6. 补课：任务状态与调度器

7. 第三个实验：用信号量同步两个任务

8. 补课：信号量的本质

9. 第四个实验：用互斥量保护共享数据

10. 补课：互斥量与优先级反转

11. 第五个实验：用消息队列传递数据

12. 补课：消息队列的工作方式

13. 阶段性小结：我目前的理解

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