1.1 前后臺系統(tǒng)：

    早期嵌入式開發(fā)沒有嵌入式操作系統(tǒng)的概念 ，直接操作裸機，在裸機上寫程序，比如用51單片機基本就沒有操作系統(tǒng)的概念。通常把程序分為兩部分：前臺系統(tǒng)和后臺系統(tǒng)。

     簡單的小系統(tǒng)通常是前后臺系統(tǒng)，這樣的程序包括一個死循環(huán)和若干個中斷服務程序：應用程序是一個無限循環(huán)，循環(huán)中調用API函數(shù)完成所需的操作，這個大循環(huán)就叫做后臺系統(tǒng)。中斷服務程序用于處理系統(tǒng)的異步事件，也就是前臺系統(tǒng)。前臺是中斷級，后臺是任務級。

1.2 RTOS系統(tǒng)：

       RTOS全稱為：Real Time OS，就是實時操作系統(tǒng)，強調的是：實時性。實時操作系統(tǒng)又分為硬實時和軟實時。硬實時要求在規(guī)定的時間內必須完成操作 ，硬實時系統(tǒng)不允許超時，在軟實時里面處理過程超時的后果就沒有那么嚴格。

       在實時操作系統(tǒng)中，我們可以把要實現(xiàn)的功能劃分為多個任務，每個任務負責實現(xiàn)其中的一部分，每個任務都是一個很簡單的程序，通常是一個死循環(huán)。

       RTOS操作系統(tǒng)：FreeRTOS，UCOS，RTX，RT-Thread，DJYOS等。

       RTOS操作系統(tǒng)的核心內容在于：實時內核。

可剝奪型內核：

     RTOS的內核負責管理所有的任務，內核決定了運行哪個任務，何時停止當前任務切換到其他任務，這個是內核的多任務管理能力。多任務管理給人的感覺就好像芯片有多個CPU，多任務管理實現(xiàn)了CPU資源的最大化利用，多任務管理有助于實現(xiàn)程序的模塊化開發(fā)，能夠實現(xiàn)復雜的實時應用。

     RTOS中的經(jīng)典代表作：FreeRTOS，而FreeOS的內核是可剝奪型的，所以我們簡單提一下什么是可剝奪型內核，關于FreeRTOS內核的詳細內容我們會在后續(xù)的視頻中專門講解的。

     可剝奪內核顧名思義就是可以剝奪其他任務的CPU使用權，它總是運行就緒任務中的優(yōu)先級最高的那個任務。

2.1 FreeRTOS系統(tǒng)簡介：

       FreeRTOS是一個可裁剪、可剝奪型的多任務內核，而且沒有任務數(shù)限制。FreeRTOS提供了實時操作系統(tǒng)所需的所有功能，包括資源管理、同步、任務通信等。

       FreeRTOS是用C和匯編來寫的，其中絕大部分都是用C語言編寫的，只有極少數(shù)的與處理器密切相關的部分代碼才是用匯編寫的，F(xiàn)reeRTOS結構簡潔，可讀性很強！最主要的是非常適合初次接觸嵌入式實時操作系統(tǒng)學生、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員和愛好者學習。

為什么學FreeRTOS

1、因為FreeROTS開源。

2、FreeRTOS免費

3、FreeRTOS是很多第三方組件欽定的系統(tǒng)！

2.2 FreeRTOS相關資料查找：

1、FreeRTOS官網(wǎng)：http://www.freertos.org/。

2、開源電子網(wǎng)：www.openedv.com。

3、其他論壇。

FreeRTOS 移植

2.2.1 向工程中添加相應文件

1、添加FreeRTOS 源碼

在基礎工程中新建一個名為FreeRTOS 的文件夾，如圖2.2.1.1 所示：

創(chuàng)建FreeRTOS 文件夾以后就可以將FreeRTOS 的源碼添加到這個文件夾中，添加完以后如圖2.2.1.2 所示：

在1.3.2 小節(jié)中詳細的講解過portable 文件夾，我們只需要留下keil、MemMang 和RVDS這三個文件夾，其他的都可以刪除掉，完成以后如圖2.2.1.3 所示：

2、向工程分組中添加文件

打開基礎工程，新建分組FreeRTOS_CORE 和FreeRTOS_PORTABLE，然后向這兩個分組中添加文件，如圖2.2.1.4 所示：

分組FreeRTOS_CORE 中的文件在什么地方就不說了，打開FreeRTOS 源碼一目了然。重點來說說FreeRTOS_PORTABLE 分組中的port.c 和heap_4.c 是怎么來的，port.c 是RVDS 文件夾下的ARM_CM3 中的文件，因為STM32F103 是Cortex-M3 內核的，因此要選擇ARM_CM3中的port.c 文件。heap_4.c 是MemMang 文件夾中的，前面說了MemMang 是跟內存管理相關

的，里面有5 個c 文件：heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c 和heap_5.c。這5 個c 文件是五種不同的內存管理方法，就像從北京到上海你可以坐火車、坐飛機，如果心情好的話也可以走路，反正有很多種方法，只要能到上海就行。這里也一樣的，這5 個文件都可以用來作為FreeRTOS 的內存管理文件，只是它們的實現(xiàn)原理不同，各有利弊。這里我們選擇heap_4.c，至于原因，后面會有一章節(jié)專門來講解FreeRTOS 的內存管理，到時候大家就知道原因了。這里就先選擇heap_4.c，畢竟本章的重點是FreeRTOS 的移植。

3、添加相應的頭文件路徑

添加完FreeRTOS 源碼中的C 文件以后還要添加FreeRTOS 源碼的頭文件路徑，頭文件路徑如圖2.2.1.5 所示：

頭文件路徑添加完成以后編譯一下，看看有沒有什么錯誤，結果會發(fā)現(xiàn)提示打不開“FreeRTOSConfig.h”這個文件，如圖2.2.1.6 所示：

這是因為缺少FreeRTOSConfig.h 文件，這個文件在哪里找呢？你可以自己創(chuàng)建，顯然這不是一個明智的做法。我們可以找找FreeRTOS 的官方移植工程中會不會有這個文件，打開FreeRTOS 針對STM32F103 的移植工程文件，文件夾是CORTEX_STM32F103_Keil，打開以后如圖2.2.1.7 所示：

果然！官方的移植工程中有這個文件，我們可以使用這個文件，但是建議大家使用我們例程中的FreeRTOSConf.h 文件，這個文件是FreeRTOS 的系統(tǒng)配置文件，不同的平臺其配置不同，但是我們提供的例程中的這個文件肯定是針對ALIENTEK 開發(fā)板配置正確的。這個文件復制到什么地方大家可以自行決定，這里我為了方便放到了FreeRTOS 源碼中的include 文件夾下。FreeRTOSConfig.h 是何方神圣？看名字就知道，他是FreeRTOS 的配置文件，一般的操作系統(tǒng)都有裁剪、配置功能，而這些裁剪及配置都是通過一個文件來完成的，基本都是通過宏定義來完成對系統(tǒng)的配置和裁剪的，關于FreeRTOS 的配置文件FreeRTOSConfig.h 后面也會有一章節(jié)來詳細的講解。到這里我們再編譯一次，沒有錯誤！如圖2.2.1.8 所示：

如果還有錯誤的話大家自行根據(jù)錯誤類型查找和修改錯誤！

2.2.2 修改SYSTEM 文件

SYSTEM 文件夾里面的文件一開始是針對UCOS 而編寫的，所以如果使用FreeRTOS 的話就需要做相應的修改。本來打算讓SYSTEM 文件夾也支持FreeRTOS，但是這樣的話會導致SYSTEM 里面的文件太過于復雜，這樣非常不利于初學者學習，所以這里就專門針對FreeRTOS修改了SYSTEM 里面的文件。

1、修改sys.h 文件

sys.h 文件修改很簡單，在sys.h 文件里面用宏SYSTEM_SUPPORT_OS 來定義是否使用OS，我們使用了FreeRTOS，所以應該將宏SYSTEM_SUPPORT_OS 改為1。

//0,不支持os

//1,支持os

#define SYSTEM_SUPPORT_OS 1 //定義系統(tǒng)文件夾是否支持OS

2、修改usart.c 文件

usart.c 文件修改也很簡單，usart.c 文件有兩部分要修改，一個是添加FreeRTOS.h 頭文件，默認是添加的UCOS 中的includes.h 頭文件，修改以后如下：

//如果使用os,則包括下面的頭文件即可.

#if SYSTEM_SUPPORT_OS

#include "FreeRTOS.h" //os 使用

#endif

另外一個就是USART1 的中斷服務函數(shù)，在使用UCOS 的時候進出中斷的時候需要添加OSIntEnter()和OSIntExit()，使用FreeRTOS 的話就不需要了，所以將這兩行代碼刪除掉，修改以后如下：

void USART1_IRQHandler(void) //串口1 中斷服務程序

{

    u8 Res;

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)

    {

        Res =USART_ReceiveData(USART1); //讀取接收到的數(shù)據(jù)

        if((USART_RX_STA&0x8000)==0) //接收未完成

    {

    if(USART_RX_STA&0x4000) //接收到了0x0d

    {

        if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0; //接收錯誤,重新開始

        else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了

    }

    else //還沒收到0X0D

    {

        if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;

        else

        {

            USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;

            USART_RX_STA++;

            if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;

        }

    }

    }

}

}

3、修改delay.c 文件

delay.c 文件修改的就比較大了，因為涉及到FreeRTOS 的系統(tǒng)時鐘，delay.c 文件里面有4個函數(shù)，先來看一下函數(shù)SysTick_Handler()，此函數(shù)是滴答定時器的中斷服務函數(shù)，代碼如下：

extern void xPortSysTickHandler(void);

//systick 中斷服務函數(shù),使用OS 時用到

void SysTick_Handler(void)

{

    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系統(tǒng)已經(jīng)運行

    {

        xPortSysTickHandler();

    }

}

FreeRTOS 的心跳就是由滴答定時器產(chǎn)生的，根據(jù)FreeRTOS 的系統(tǒng)時鐘節(jié)拍設置好滴答定時器的周期，這樣就會周期觸發(fā)滴答定時器中斷了。在滴答定時器中斷服務函數(shù)中調用FreeRTOS 的API 函數(shù)xPortSysTickHandler()。delay_init()是用來初始化滴答定時器和延時函數(shù)，代碼如下：

//初始化延遲函數(shù)

//SYSTICK 的時鐘固定為AHB 時鐘，基礎例程里面SYSTICK 時鐘頻率為AHB/8

//這里為了兼容FreeRTOS，所以將SYSTICK 的時鐘頻率改為AHB 的頻率！

//SYSCLK:系統(tǒng)時鐘頻率

void delay_init()

{

    u32 reload;

    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);//選擇外部時鐘 HCLK

    fac_us=SystemCoreClock/1000000; //不論是否使用OS,fac_us 都需要使用

    reload=SystemCoreClock/1000000; //每秒鐘的計數(shù)次數(shù) 單位為M

    reload*=1000000/configTICK_RATE_HZ; //根據(jù)configTICK_RATE_HZ 設定溢出

    //時間reload 為24 位寄存器,最大值:

    //16777216,在72M 下,約合0.233s 左右

    fac_ms=1000/configTICK_RATE_HZ; //代表OS 可以延時的最少單位

    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; //開啟SYSTICK 中斷

    SysTick->LOAD=reload; //每1/configTICK_RATE_HZ 秒中斷

    //一次

    SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //開啟SYSTICK

}

前面我們說了FreeRTOS 的系統(tǒng)時鐘是由滴答定時器提供的，那么肯定要根據(jù)FreeRTOS 的系統(tǒng)時鐘節(jié)拍來初始化滴答定時器了，delay_init()就是來完成這個功能的。FreeRTOS 的系統(tǒng)時鐘節(jié)拍由宏configTICK_RATE_HZ 來設置，這個值我們可以自由設置，但是一旦設置好以后我們就要根據(jù)這個值來初始化滴答定時器，其實就是設置滴答定時器的中斷周期。在基礎例程中滴答定時器的時鐘頻率設置的是AHB 的1/8，這里為了兼容FreeRTOS 將滴答定時器的時鐘頻率改為了AHB，也就是72MHz！這一點一定要注意！接下來的三個函數(shù)都是延時的，代碼如下：

//延時nus

//nus:要延時的us 數(shù).

//nus:0~204522252(最大值即2^32/fac_us@fac_us=168)

void delay_us(u32 nus)

{

    u32 ticks;

    u32 told,tnow,tcnt=0;

    u32 reload=SysTick->LOAD; //LOAD 的值

    ticks=nus*fac_us; //需要的節(jié)拍數(shù)

    told=SysTick->VAL; //剛進入時的計數(shù)器值

    while(1)

    {

        tnow=SysTick->VAL;

        if(tnow!=told)

        {

            //這里注意一下SYSTICK 是一個遞減的計數(shù)器就可以了.

            if(tnow            else tcnt+=reload-tnow+told;

            told=tnow;

            if(tcnt>=ticks)break; //時間超過/等于要延遲的時間,則退出.

        }

    };

}

//延時nms,會引起任務調度

//nms:要延時的ms 數(shù)

//nms:0~65535

void delay_ms(u32 nms)

{

    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系統(tǒng)已經(jīng)運行

    {

        if(nms>=fac_ms) //延時的時間大于OS 的最少時間周期

        {

            vTaskDelay(nms/fac_ms); //FreeRTOS 延時

        }

        nms%=fac_ms; //OS 已經(jīng)無法提供這么小的延時了,

        //采用普通方式延時

    }

    delay_us((u32)(nms*1000)); //普通方式延時

}

//延時nms,不會引起任務調度

//nms:要延時的ms 數(shù)

void delay_xms(u32 nms)

{

    u32 i;

    for(i=0;i}

delay_us()是us 級延時函數(shù)，delay_ms 和delay_xms()都是ms 級的延時函數(shù)，delay_us()和delay_xms()不會導致任務切換。delay_ms()其實就是對FreeRTOS 中的延時函數(shù)vTaskDelay()的簡單封裝，所以在使用delay_ms()的時候就會導致任務切換。delay.c 修改完成以后編譯一下，會提示如圖2.2.2.1 所示錯誤：

圖2.2.2.1 的錯誤提示表示在port.c、delay.c 和stm32f10x_it.c 中三個重復定義的函數(shù)：SysTick_Handler()、SVC_Handler()和PendSV_Handler()，這三個函數(shù)分別為滴答定時器中斷服務函數(shù)、SVC 中斷服務函數(shù)和PendSV 中斷服務函數(shù)，將stm32f10x_it.c 中的三個函數(shù)屏蔽掉，如圖2.2.2.2 所示：

再次編譯代碼，應該沒有錯誤了，如果還是錯誤的話自行根據(jù)錯誤類型修改！至此，SYSTEM文件夾就修改完成了。

2.3 移植驗證實驗

2.3.1 實驗程序設計

1、實驗目的

編寫簡單的FreeRTOS 應用代碼，測試FreeRTOS 的移植是否成功。鑒于大家還沒正式學習FreeRTOS，可以直接將本實驗代碼復制粘貼到自己的移植工程中。

2、實驗設計

本實驗設計四個任務：start_task()、led0_task ()、led1_task ()和float_task()，這四個任務的任務功能如下：

start_task()：用來創(chuàng)建其他三個任務。

led0_task ()：控制LED0 的閃爍，提示系統(tǒng)正在運行。

led1_task ()：控制LED1 的閃爍。

float_task()：簡單的浮點測試任務，用于測試STM32F4 的FPU 是否工作正常。

3、實驗工程

FreeRTOS 實驗2-1 FreeRTOS 移植實驗。

4、實驗程序與分析

●任務設置

#include "sys.h"

#include "delay.h"

#include "usart.h"

#include "led.h"

#include "FreeRTOS.h"

#include "task.h"

/************************************************

ALIENTEK 戰(zhàn)艦STM32F103 開發(fā)板 FreeRTOS 實驗2-1

FreeRTOS 移植實驗-庫函數(shù)版本

技術支持：www.openedv.com

淘寶店鋪：http://eboard.taobao.com

關注微信公眾平臺微信號："正點原子"，免費獲取STM32 資料。

廣州市星翼電子科技有限公司

作者：正點原子 @ALIENTEK

************************************************/

#define START_TASK_PRIO 1 //任務優(yōu)先級

#define START_STK_SIZE 128 //任務堆棧大小

TaskHandle_t StartTask_Handler; //任務句柄

void start_task(void *pvParameters); //任務函數(shù)

#define LED0_TASK_PRIO 2 //任務優(yōu)先級

#define LED0_STK_SIZE 50 //任務堆棧大小

TaskHandle_t LED0Task_Handler; //任務句柄

void led0_task(void *p_arg); //任務函數(shù)

#define LED1_TASK_PRIO 3 //任務優(yōu)先級

#define LED1_STK_SIZE 50 //任務堆棧大小

TaskHandle_t LED1Task_Handler; //任務句柄

void led1_task(void *p_arg); //任務函數(shù)

● main()函數(shù)

int main(void)

{

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//設置系統(tǒng)中斷優(yōu)先級分組4

    delay_init(); //延時函數(shù)初始化

    uart_init(115200); //初始化串口

    LED_Init(); //初始化LED

    //創(chuàng)建開始任務

    xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task, //任務函數(shù)

    (const char* )"start_task", //任務名稱

    (uint16_t )START_STK_SIZE, //任務堆棧大小

    (void* )NULL, //傳遞給任務函數(shù)的參數(shù)

    (UBaseType_t )START_TASK_PRIO, //任務優(yōu)先級

    (TaskHandle_t* )&StartTask_Handler); //任務句柄

    vTaskStartScheduler(); //開啟任務調度

}

● 任務函數(shù)

//開始任務任務函數(shù)

void start_task(void *pvParameters)

{

    taskENTER_CRITICAL(); //進入臨界區(qū)

    //創(chuàng)建LED0 任務