在STM32上使用FreeRTOS

一、环境准备

[二、通过 STM32CubeMX 配置 FreeRTOS](#二、通过 STM32CubeMX 配置 FreeRTOS)

[1. 新建工程并选择芯片](#1. 新建工程并选择芯片)

[2. 配置基础外设](#2. 配置基础外设)

[3. 启用并配置 FreeRTOS](#3. 启用并配置 FreeRTOS)

[4. 生成工程代码](#4. 生成工程代码)

三、代码开发：创建任务与功能实现

[1. 基本任务示例（LED 闪烁 + UART 打印）](#1. 基本任务示例（LED 闪烁 + UART 打印）)

[步骤 1：在 CubeMX 中添加任务（或手动创建）](#步骤 1：在 CubeMX 中添加任务（或手动创建）)

[步骤 2：实现任务函数](#步骤 2：实现任务函数)

[步骤 3：启动 FreeRTOS 调度器](#步骤 3：启动 FreeRTOS 调度器)

[2. 任务间通信示例（队列 / 信号量）](#2. 任务间通信示例（队列 / 信号量）)

在 STM32 上使用 FreeRTOS 主要分为环境搭建 、移植 / 配置 、代码开发 和调试几个步骤。以下是详细的实操指南，以 STM32CubeMX + Keil MDK 为例（也适用于 STM32CubeIDE）：

一、环境准备

硬件：任意 STM32 开发板（如 STM32F103、STM32F407、STM32L431 等）。
软件：
- STM32CubeMX（用于配置芯片和 FreeRTOS）；
- Keil MDK/STM32CubeIDE（用于代码编写和编译）；
- FreeRTOS 源码（CubeMX 可自动集成，无需手动下载）。

二、通过 STM32CubeMX 配置 FreeRTOS

STM32CubeMX 已内置 FreeRTOS 适配层，可一键配置，无需手动移植，大幅简化流程。

1. 新建工程并选择芯片

打开 STM32CubeMX，选择 "New Project"，搜索并选择目标 STM32 型号（如 STM32F407ZG）。
选择启动模式（默认即可），进入配置界面。

2. 配置基础外设

启用时钟：配置 HSE（外部晶振）或 HSI（内部晶振），设置系统时钟（如 F407 设为 168MHz）。
启用调试接口：配置 SWD/JTAG（如 "Serial Wire"），用于后续调试。
可选：启用 GPIO、UART 等外设（如 UART1 用于打印日志）。

3. 启用并配置 FreeRTOS

在 "Middleware" 中选择FreeRTOS ，点击 "Enabled" 启用。
- 注意：FreeRTOS 有两个版本可选：FreeRTOSv10（标准版）和FreeRTOS-Kernel（最新版），按需选择。
配置 FreeRTOS 核心参数：
- Task and Queue Settings ：可直接创建任务（如StartDefaultTask），设置任务名称、优先级、堆栈大小、入口函数。
- Config Parameters ：关键配置（建议保持默认，或按需修改）：
  - configUSE_PREEMPTION：启用抢占式调度（必选，设为1）；
  - configMAX_PRIORITIES：最大优先级数（如设为5）；
  - configTICK_RATE_HZ：系统节拍频率（默认 1000Hz，即 1ms/tick）；
  - configMINIMAL_STACK_SIZE：空闲任务堆栈大小（默认即可）；
  - configUSE_IDLE_HOOK/configUSE_TICK_HOOK：是否启用空闲 / 节拍钩子函数（按需开启）。

4. 生成工程代码

点击 "Project Manager"，设置工程名称、路径、编译器（如MDK-ARM）。
点击 "Generate Code"，CubeMX 会自动生成包含 FreeRTOS 的工程框架（已完成底层移植，无需手动修改启动文件或中断向量）。

三、代码开发：创建任务与功能实现

打开生成的工程（如 Keil MDK），核心开发围绕任务创建 、任务通信 和外设操作展开。

1. 基本任务示例（LED 闪烁 + UART 打印）

假设已配置 LED（PA5）和 UART1（用于日志输出），创建两个任务：

LED_Task：控制 LED 周期性闪烁；
UART_Task：周期性打印日志。

步骤 1：在 CubeMX 中添加任务（或手动创建）

回到 CubeMX 的 FreeRTOS 配置界面，添加新任务：
- 任务 1：名称LED_Task，优先级2，堆栈大小128，入口函数LED_Task_Func；
- 任务 2：名称UART_Task，优先级1，堆栈大小256，入口函数UART_Task_Func；
重新生成代码，CubeMX 会自动在freertos.c中生成任务声明。

步骤 2：实现任务函数

在freertos.c中找到任务入口函数，编写业务逻辑：

运行

复制代码

/* LED任务：每隔500ms翻转LED */
void LED_Task_Func(void *argument)
{
  for(;;)
  {
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5); // 翻转LED引脚
    osDelay(500); // FreeRTOS延时函数（单位：ms）
  }
}

/* UART任务：每隔1s打印日志 */
void UART_Task_Func(void *argument)
{
  uint32_t count = 0;
  for(;;)
  {
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)("UART Task: Count = %d\r\n", count), strlen("UART Task: Count = %d\r\n"), 100);
    count++;
    osDelay(1000);
  }
}

步骤 3：启动 FreeRTOS 调度器

CubeMX 已自动在main.c中生成启动代码，无需手动修改：

运行

复制代码

int main(void)
{
  /* 初始化硬件：HAL库初始化、时钟、外设等 */
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  
  /* 创建任务并启动调度器 */
  osKernelInitialize(); // 初始化FreeRTOS内核
  osThreadNew(LED_Task_Func, NULL, &LED_Task_attributes); // 创建LED任务
  osThreadNew(UART_Task_Func, NULL, &UART_Task_attributes); // 创建UART任务
  osKernelStart(); // 启动调度器（从此开始任务调度）
  
  /* 调度器启动后，main函数不会执行到这里 */
  while (1)
  {
  }
}

2. 任务间通信示例（队列 / 信号量）

如果需要任务间交互（如 UART 接收数据后通知 LED 任务），可使用 FreeRTOS 的队列或信号量。

示例：队列传递数据

在freertos.c中定义队列句柄：

c

运行
复制代码
```
osMessageQueueId_t dataQueueHandle; // 队列句柄
```

在 CubeMX 中配置队列（或手动创建）： c

运行

复制代码

// 在osKernelInitialize()后创建队列（可存储5个uint32_t数据）
dataQueueHandle = osMessageQueueNew(5, sizeof(uint32_t), NULL);

UART 任务发送数据到队列，LED 任务接收数据： c

运行

复制代码

// UART任务发送数据
void UART_Task_Func(void *argument)
{
  uint32_t sendData = 123;
  for(;;)
  {
    osMessageQueuePut(dataQueueHandle, &sendData, 0, osWaitForever); // 发送数据
    sendData++;
    osDelay(1000);
  }
}

// LED任务接收数据
void LED_Task_Func(void *argument)
{
  uint32_t recvData;
  for(;;)
  {
    if(osMessageQueueGet(dataQueueHandle, &recvData, NULL, osWaitForever) == osOK)
    {
      HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
      // 打印接收的数据（需实现UART打印）
      printf("Received data: %d\r\n", recvData);
    }
  }
}

四、编译与调试

编译工程：在 Keil MDK 中点击 "Build"，确保无错误（若提示堆栈不足，可增大任务堆栈或 Heap 大小）。
下载程序：连接开发板，点击 "Download" 将程序烧录到 STM32。
调试：
- 启用调试模式（Keil 中点击 "Debug"），可查看任务状态、堆栈使用、变量值等；
- 通过 UART 助手查看日志输出，或观察 LED 闪烁是否符合预期。

五、关键注意事项

中断与 FreeRTOS 兼容：
- 若使用 HAL 库中断（如 UART 接收中断），需在中断服务函数中使用 FreeRTOS 的中断安全 API（如xQueueSendFromISR、xSemaphoreGiveFromISR）。
- 配置中断优先级：确保 FreeRTOS 的 SysTick 中断优先级低于其他外设中断（通过NVIC_PriorityGroupConfig设置，如分组 4，抢占优先级 0~15）。
内存管理：
- CubeMX 默认使用heap_4内存分配策略（适合大多数场景），可在FreeRTOSConfig.h中修改configTOTAL_HEAP_SIZE调整堆大小。
低功耗优化：
- 若需低功耗，启用configUSE_TICKLESS_IDLE（在 FreeRTOSConfig.h 中设为 1），结合 STM32 的低功耗模式（如 STOP 模式）。

六、常见问题排查

任务无法启动 ：检查osKernelStart()是否调用，任务优先级是否合理（空闲任务优先级最低）。
串口打印乱码：检查 UART 波特率配置，确保时钟树正确。
堆栈溢出 ：通过vTaskList()或vTaskGetRunTimeStats()查看堆栈使用，增大堆栈大小。

通过以上步骤，即可在 STM32 上快速实现 FreeRTOS 的基础应用。如需更复杂的功能（如软件定时器、事件组、互斥锁），可参考 FreeRTOS 官方文档或 STM32CubeMX 的配置选项。