一、FreeRTOS简介

FreeRTOS 是一个可裁剪、可剥夺型的多任务内核，而且没有任务数限制。FreeRTOS 提供了实时操作系统所需的所有功能，包括资源管理、同步、任务通信等。

FreeRTOS 是用 C 和汇编来写的，其中绝大部分都是用 C 语言编写的，只有极少数的与处理器密切相关的部分代码才是用汇编写的，FreeRTOS 结构简洁，可读性很强！最主要的是非常适合初次接触嵌入式实时操作系统学生、嵌入式系统开发人员和爱好者学习。

最新版本 V9.0.0（2016年），尽管现在 FreeRTOS 的版本已经更新到 V10.4.1 了，但是我们还是选择 V9.0.0，因为内核很稳定，并且网上资料很多，因为 V10.0.0 版本之后是亚马逊收购了FreeRTOS之后才出来的版本，主要添加了一些云端组件，一般采用 V9.0.0 版本足以。

• FreeRTOS官网：http://www.freertos.org/

• 代码托管网站：https://sourceforge.net/projects/freertos/files/FreeRTOS/

二、新建工程

1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”

2. 选择 MCU 和封装

3. 配置时钟
RCC 设置，选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)

选择 Clock Configuration，配置系统时钟 SYSCLK 为 72MHz
修改 HCLK 的值为 72 后，输入回车，软件会自动修改所有配置

4. 配置调试模式
非常重要的一步，否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
SYS 设置，选择 Debug 为 Serial Wire

三、SYS Timebase Source

在 System Core 中选择 SYS ，对 Timebase Source 进行设置，选择 TIM1 作为HAL库的时基（除了 SysTick 外都可以）。

在基于STM32 HAL的项目中，一般需要维护的 “时基” 主要有2个：

1. HAL的时基，SYS Timebase Source

2. OS的时基（仅在使用OS的情况下才考虑）

而这些 “时基” 该去如何维护，主要分为两种情况考虑：

• 裸机运行：
  可以通过 SysTick（滴答定时器）或 （TIMx）定时器 的方式来维护 SYS Timebase Source，也就是HAL库中的 uwTick，这是HAL库中维护的一个全局变量。在裸机运行的情况下，我们一般选择默认的 SysTick（滴答定时器） 方式即可，也就是直接放在 SysTick_Handler() 中断服务函数中来维护。

• 带OS运行：
  前面提到的 SYS Timebase Source 是STM32的HAL库中的新增部分，主要用于实现 HAL_Delay() 以及作为各种 timeout 的时钟基准。

  在使用了OS（操作系统）之后，OS的运行也需要一个时钟基准（简称“时基”），来对任务和时间等进行管理。而OS的这个 时基 一般也都是通过 SysTick（滴答定时器） 来维护的，这时就需要考虑 “HAL的时基” 和 “OS的时基” 是否要共用 SysTick（滴答定时器） 了。

  如果共用SysTick，当我们在CubeMX中选择启用FreeRTOS之后，在生成代码时，CubeMX一定会报如下提示：

  

强烈建议用户在使用FreeRTOS的时候，不要使用 SysTick（滴答定时器）作为 “HAL的时基”，因为FreeRTOS要用，最好是要换一个！！！如果共用，潜在一定风险。

四、FreeRTOS

4.1 参数配置

在 Middleware 中选择 FREERTOS 设置，并选择 CMSIS_V1 接口版本

CMSIS是一种接口标准，目的是屏蔽软硬件差异以提高软件的兼容性。RTOS v1使得软件能够在不同的实时操作系统下运行（屏蔽不同RTOS提供的API的差别），而RTOS v2则是拓展了RTOS v1，兼容更多的CPU架构和实时操作系统。因此我们在使用时可以根据实际情况选择，如果学习过程中使用STM32F1、F4等单片机时没必要选择RTOS v2，更高的兼容性背后时更加冗余的代码，理解起来比较困难。

在 Config parameters 进行具体参数配置。

Kernel settings：

• USE_PREEMPTION： Enabled：RTOS使用抢占式调度器；Disabled：RTOS使用协作式调度器（时间片）。

• TICK_RATE_HZ： 值设置为1000，即周期就是1ms。RTOS系统节拍中断的频率，单位为HZ。

• MAX_PRIORITIES： 可使用的最大优先级数量。设置好以后任务就可以使用从0到（MAX_PRIORITIES - 1）的优先级，其中0位最低优先级，（MAX_PRIORITIES - 1）为最高优先级。

• MINIMAL_STACK_SIZE： 设置空闲任务的最小任务堆栈大小，以字为单位，而不是字节。如该值设置为128 Words，那么真正的堆栈大小就是 128*4 = 512 Byte。

• MAX_TASK_NAME_LEN： 设置任务名最大长度。

• IDLE_SHOULD_YIELD： Enabled 空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务。

• USE_MUTEXES： 为1时使用互斥信号量，相关的API函数会被编译。

• USE_RECURSIVE_MUTEXES： 为1时使用递归互斥信号量，相关的API函数会被编译。

• USE_COUNTING_SEMAPHORES： 为1时启用计数型信号量， 相关的API函数会被编译。

• QUEUE_REGISTRY_SIZE： 设置可以注册的队列和信号量的最大数量，在使用内核调试器查看信号量和队列的时候需要设置此宏，而且要先将消息队列和信号量进行注册，只有注册了的队列和信号量才会在内核调试器中看到，如果不使用内核调试器的话次宏设置为0即可。

• USE_APPLICATION_TASK_TAG： 为1时可以使用vTaskSetApplicationTaskTag函数。

• ENABLE_BACKWARD_COMPATIBILITY： 为1时可以使V8.0.0之前的FreeRTOS用户代码直接升级到V8.0.0之后，而不需要做任何修改。

• USE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION： FreeRTOS有两种方法来选择下一个要运行的任务，一个是通用的方法，另外一个是特殊的方法，也就是硬件方法，使用MCU自带的硬件指令来实现。STM32有计算前导零指令吗，所以这里强制置1。

• USE_TICKLESS_IDLE： 置1：使能低功耗tickless模式；置0：保持系统节拍（tick）中断一直运行。假设开启低功耗的话可能会导致下载出现问题，因为程序在睡眠中，可用ISP下载办法解决。

• USE_TASK_NOTIFICATIONS： 为1时使用任务通知功能，相关的API函数会被编译。开启了此功能，每个任务会多消耗8个字节。

• RECORD_STACK_HIGH_ADDRESS： 为1时栈开始地址会被保存到每个任务的TCB中（假如栈是向下生长的）。

Memory management settings：

• Memory Allocation： Dynamic/Static 支持动态/静态内存申请

• TOTAL_HEAP_SIZE： 设置堆大小，如果使用了动态内存管理，FreeRTOS在创建 task, queue, mutex, software timer or semaphore的时候就会使用heap_x.c(x为1~5)中的内存申请函数来申请内存。这些内存就是从堆ucHeap[configTOTAL_HEAP_SIZE]中申请的。

• Memory Management scheme： 内存管理策略 heap_4。

Hook function related definitions：

• USE_IDLE_HOOK： 置1：使用空闲钩子（Idle Hook类似于回调函数）；置0：忽略空闲钩子。

• USE_TICK_HOOK： 置1：使用时间片钩子（Tick Hook）；置0：忽略时间片钩子。

• USE_MALLOC_FAILED_HOOK： 使用内存申请失败钩子函数。

• CHECK_FOR_STACK_OVERFLOW： 大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法。

Run time and task stats gathering related definitions：

• GENERATE_RUN_TIME_STATS： 启用运行时间统计功能。

• USE_TRACE_FACILITY： 启用可视化跟踪调试。

• USE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS： 与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数prvWriteNameToBuffer()、vTaskList()、vTaskGetRunTimeStats()。

Co-routine related definitions：

• USE_CO_ROUTINES： 启用协程。

• MAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES： 协程的有效优先级数目。

Software timer definitions：

• USE_TIMERS： 启用软件定时器。

Interrupt nesting behaviour configuration：

• LIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY： 中断最低优先级。

• LIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY： 系统可管理的最高中断优先级。

4.2 创建队列Queue

在 Tasks and Queues 进行配置。

创建一个消息队列TestQueue，

• Queue Name： 队列名称

• Queue Size： 队列能够存储的最大单元数目，即队列深度

• Queue Size： 队列中数据单元的长度，以字节为单位

• Allocation： 分配方式：Dynamic 动态内存创建

• Buffer Name： 缓冲区名称

• Buffer Size： 缓冲区大小

• Conrol Block Name： 控制块名称

4.3 创建任务Task

我们创建两个任务，一个消息接收任务，一个消息发送任务。

• Task Name： 任务名称

• Priority： 优先级，在 FreeRTOS 中，数值越大优先级越高，0 代表最低优先级

• Stack Size (Words)： 堆栈大小，单位为字，在32位处理器（STM32），一个字等于4字节，如果传入512那么任务大小为512*4字节

• Entry Function： 入口函数

• Code Generation Option： 代码生成选项

• Parameter： 任务入口函数形参，不用的时候配置为0或NULL即可

• Allocation： 分配方式：Dynamic 动态内存创建

• Buffer Name： 缓冲区名称

• Conrol Block Name： 控制块名称

五、KEY

5.1 参数配置

在 System Core 中选择 GPIO 设置。

在右边图中找到按键对应引脚，选择 GPIO_Input。

六、UART串口打印

查看 STM32CubeMX学习笔记（6）——USART串口使用

七、生成代码

输入项目名和项目路径

选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5

每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代码都生成在 main.c
勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。 如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。

点击 GENERATE CODE 生成代码

八、创建队列

8.1 相关API说明

8.1.1 osMessageQId

队列ID。例如，对osMessageCreate的调用返回。可用作参数到osMessageDelete以删除队列。

/// Message ID identifies the message queue (pointer to a message queue control block).

/// note CAN BE CHANGED: b os_messageQ_cb is implementation specific in every CMSIS-RTOS.

typedef QueueHandle_t osMessageQId;

8.1.2 osMessageCreate

使用动态内存的方式创建一个新的队列。

8.1.3 osMessageDelete

队列删除函数是根据消息队列ID直接删除的，删除之后这个消息队列的所有信息都会被系统回收清空，而且不能再次使用这个消息队列了。

8.2 示例

osMessageQId TestQueueHandle;

/* 创建 Test_Queue */ 

/* Create the queue(s) */

/* definition and creation of TestQueue */

osMessageQDef(TestQueue, 16, uint32_t);/* 第2参数：消息队列的长度，第3参数：消息的大小 */

TestQueueHandle = osMessageCreate(osMessageQ(TestQueue), NULL);

九、消息发送与接收

9.1 相关API说明

9.1.1 osMessagePut

用于向队列尾部发送一个队列消息。消息以拷贝的形式入队，而不是以引用的形式。可用在中断服务程序中。

9.1.2 osMessageGet

用于从一个队列中接收消息并把消息从队列中删除。接收的消息是以拷贝的形式进行的，所以我们必须提供一个足够大空间的缓冲区。具体能够拷贝多少数据到缓冲区，这个在队列创建的时候已经设定。可用在中断服务程序中。

9.1.3 osMessagePeek

osMessagePeek() 也是从从队列中接收数据单元，不同的是并不从队列中删出接收到的单元。osMessagePeek() 从队列首接收到数据后，不会修改队列中的数据，也不会改变数据在队列中的存储序顺。可用在中断服务程序中。

9.2 示例

9.2.1 阻塞式发送与接收

/* USER CODE END Header */

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/

#include 'main.h'

#include 'cmsis_os.h'

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include

#include

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

UART_HandleTypeDef huart1;

DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;

DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;

osThreadId defaultTaskHandle;

osThreadId ReceiveHandle;

osThreadId SendHandle;

osMessageQId TestQueueHandle;

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/

void SystemClock_Config(void);

static void MX_GPIO_Init(void);

static void MX_DMA_Init(void);

static void MX_USART1_UART_Init(void);

void StartDefaultTask(void const * argument);

void ReceiveTask(void const * argument);

void SendTask(void const * argument);

/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**

  * @brief  The application entry point.

  * @retval int

  */

int main(void)

{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */

  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */

  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */

  MX_GPIO_Init();

  MX_DMA_Init();

  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_MUTEX */

  /* add mutexes, ... */

  /* USER CODE END RTOS_MUTEX */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_SEMAPHORES */

  /* add semaphores, ... */

  /* USER CODE END RTOS_SEMAPHORES */

  /* USER CODE BEGIN RTOS_TIMERS */

  /* start timers, add new ones, ... */

  /* USER CODE END RTOS_TIMERS */

  /* Create the queue(s) */

  /* definition and creation of TestQueue */

  osMessageQDef(TestQueue, 16, uint32_t);

  TestQueueHandle = osMessageCreate(osMessageQ(TestQueue), NULL);

  /* USER CODE BEGIN RTOS_QUEUES */

  /* add queues, ... */

  /* USER CODE END RTOS_QUEUES */