STM32上FreeRTOS实时操作系统应用详解：完整代码教程及解析

一、前言

在嵌入式开发中，当项目复杂度增加时，使用实时操作系统（RTOS）可以显著提高开发效率和系统可靠性。本教程将详细介绍如何在STM32平台上使用FreeRTOS（目前最流行的开源RTOS），并提供多任务LED控制和队列通信两个实战案例。

二、开发环境准备

1. 硬件准备

STM32开发板（以STM32F103C8T6最小系统板为例）

USB转TTL模块（用于串口通信）

LED和电阻若干

2. 软件准备

STM32CubeMX v6.9.2
Keil MDK-ARM v5.37
串口调试助手（推荐XCOM v2.6）

三、FreeRTOS基础配置

步骤1：创建CubeMX工程

打开CubeMX → 选择对应型号
配置时钟树（72MHz）
开启USART1（用于调试输出）
关键操作：在Middleware中选择FreeRTOS → Interface选择CMSIS_V1

步骤2：配置FreeRTOS参数

参数项	推荐值	说明
TOTAL_HEAP_SIZE	4096	堆空间根据任务数量调整
MAX_PRIORITIES	7	优先级数量
USE_PREEMPTION	Enabled	启用抢占式调度

四、实战案例1：多任务LED控制

1. 创建任务

// 在freertos.c中添加任务声明
osThreadId_t led1TaskHandle;
const osThreadAttr_t led1Task_attributes = {
  .name = "led1Task",
  .stack_size = 128 * 4,
  .priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,
};

void StartLed1Task(void *argument) {
  for(;;) {
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_12);
    osDelay(500); // 非阻塞延时
  }
}

// 在main函数中创建任务
led1TaskHandle = osThreadNew(StartLed1Task, NULL, &led1Task_attributes);

2. 添加第二个LED任务

// 在MX_FREERTOS_Init函数中创建多个任务
void MX_FREERTOS_Init(void) {
  osThreadNew(StartLed1Task, NULL, &led1Task_attributes);
  osThreadNew(StartLed2Task, NULL, &led2Task_attributes);
}

3. 关键点解析

每个任务需要独立的堆栈空间

使用osDelay()代替HAL_Delay实现非阻塞延时

默认采用时间片轮转调度

五、实战案例2：任务间通信（队列）

1. 创建消息队列

// 定义队列（最大10个元素，每个元素sizeof(int)）
osMessageQueueId_t msgQueue;
msgQueue = osMessageQueueNew(10, sizeof(int), NULL);

2. 生产者任务

void ProducerTask(void *arg) {
  int count = 0;
  while(1) {
    osMessageQueuePut(msgQueue, &count, 0, osWaitForever);
    count++;
    osDelay(1000);
  }
}

3. 消费者任务

void ConsumerTask(void *arg) {
  int received;
  while(1) {
    if(osMessageQueueGet(msgQueue, &received, NULL, 100) == osOK) {
      printf("Received: %d\r\n", received);
    }
  }
}