STM32F1 FreeRTOS 开发手册
ALIENTEK STM32F103 全系列开发板 FreeRTOS 开发教程
STM32F1 FreeRTOS
开发手册 V1.1
−ALIENTEK STM32F103 FreeRTOS 开发教程
本教程适用于 ALIENTEK 所有 STM32F103 开发板
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初稿:
STM32F1 FreeRTOS 开发手册
ALIENTEK STM32F103 全系列开发板 FreeRTOS 开发教程
第一章 FreeRTOS 简介
第二章 FreeRTOS 移植
第三章 FreeRTOS 系统配置
第四章 FreeRTOS 中断配置和临界段
第五章 FreeRTOS 任务基础知识
第六章 FreeRTOS 任务相关 API 函数
第七章 FreeRTOS 列表和列表项
第八章 FreeRTOS 任务创建和调度器开启
V1.0
第九章 FreeRTOS 任务切换
左忠凯 刘军
2016.11.30
第十章 FreeRTOS 系统内核控制函数
第十一章 FreeRTOS 其他任务 API 函数
第十二章 FreeRTOS 时间管理
第十三章 FreeRTOS 队列
第十四章 FreeRTOS 信号量
第十五章 FreeRTOS 软件定时器
第十六章 FreeRTOS 事件标志组
第十七章 FreeRTOS 内存管理
第十八章 FreeRTOS 任务通知
调整
V1.1 版本中的第十八章调整为本版本的第二
十章。
第八章部分小节顺序做了调整。
V1.1
新增
第八章 8.4,8.5,8.6 小节
第十八章 FreeRTOS 低功耗 Tickless 模式
第十九章 FreeRTOS 空闲任务
3
左忠凯 刘军
2017.3.15
目录
STM32F1 FreeRTOS 开发手册
ALIENTEK STM32F103 全系列开发板 FreeRTOS 开发教程
STM32F1 FreeRTOS 开发手册 V1.1 ................................................................................................ 1
声明 ................................................................................................................................................. 13
第一章 ..................................................................................................................... FreeRTOS 简介 . 14
1.1 初识 FreeRTOS .................................................................................................. 15
1.1.1 什么是 FreeRTOS? ................................................................................... 15
1.1.2 为什么选择 FreeRTOS? ........................................................................ 15
1.1.3 FreeRTOS 特点 ......................................................................................... 16
1.1.4 商业许可 .................................................................................................. 16
1.2 磨刀不误砍柴工 ................................................................................................ 17
1.2.1 资料查找 .................................................................................................. 17
1.2.2 FreeRTOS 官方文档 ................................................................................. 19
1.2.3 Cortex-M 架构资料 ................................................................................... 21
1.3 FreeRTOS 源码初探 ........................................................................................... 21
1.3.1 FreeRTOS 源码下载 ................................................................................. 21
1.3.2 FreeRTOS 文件预览 ................................................................................. 23
第二章 FreeRTOS 移植 ............................................................................................................... 28
2.1 准备工作 ............................................................................................................ 29
2.1.1 准备基础工程 .......................................................................................... 29
2.1.2 FreeRTOS 系统源码 ................................................................................. 29
2.2 FreeRTOS 移植 ................................................................................................... 29
2.2.1 向工程中添加相应文件 .......................................................................... 29
2.2.2 修改 SYSTEM 文件 ................................................................................. 32
2.3 移植验证实验 .................................................................................................... 36
2.3.1 实验程序设计 .......................................................................................... 36
2.3.2 实验程序运行结果分析 .......................................................................... 39
第三章 FreeRTOS 系统配置 ....................................................................................................... 40
3.1 FreeRTOSConfig.h 文件 ..................................................................................... 41
3.1 “INCLUDE_”开始的宏 ...................................................................................... 41
4
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ALIENTEK STM32F103 全系列开发板 FreeRTOS 开发教程
3.2 “config”开始的宏 ............................................................................................... 42
第四章 FreeRTOS 中断配置和临界段 ....................................................................................... 50
4.1 Cortex-M 中断 .................................................................................................... 51
4.1.1 中断简介 .................................................................................................. 51
4.1.2 中断管理简介 .......................................................................................... 51
4.1.3 优先级分组定义 ...................................................................................... 52
4.1.4 优先级设置 .............................................................................................. 54
4.1.5 用于中断屏蔽的特殊寄存器 .................................................................. 55
4.2 FreeRTOS 中断配置宏 ....................................................................................... 56
4.2.1 configPRIO_BITS ..................................................................................... 56
4.2.2 configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY ......................... 56
4.2.3 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ............................................. 56
4.2.4 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ............ 58
4.2.5 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ................................ 58
4.3 FreeRTOS 开关中断 ........................................................................................... 58
4.4 临界段代码 ........................................................................................................ 59
4.4.1 任务级临界段代码保护 .......................................................................... 59
4.4.2 中断级临界段代码保护 .......................................................................... 61
4.5 FreeRTOS 中断测试实验 ................................................................................... 62
4.5.1 实验程序设计 .......................................................................................... 62
4.5.2 实验程序运行结果 .................................................................................. 66
第五章 FreeRTOS 任务基础知识 ............................................................................................... 67
5.1 什么是多任务系统? ........................................................................................ 68
5.2 FreeRTOS 任务与协程 ....................................................................................... 69
5.2.1 任务(Task)的特性 .................................................................................... 69
5.2.2 协程(Co-routine)的特性 .......................................................................... 70
5.3 任务状态 ............................................................................................................ 70
5.4 任务优先级 ........................................................................................................ 71
5.5 任务实现 ............................................................................................................ 71
5.6 任务控制块 ........................................................................................................ 72
5.7 任务堆栈 ............................................................................................................ 74
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第六章 FreeRTOS 任务相关 API 函数 ...................................................................................... 76
6.1 任务创建和删除 API 函数 ................................................................................ 77
6.2 任务创建和删除实验(动态方法) ..................................................................... 79
6.2.1 实验程序设计 .......................................................................................... 79
6.2.2 程序运行结果分析 .................................................................................. 83
6.3 任务创建和删除实验(静态方法) ..................................................................... 84
6.3.1 实验程序设计 .......................................................................................... 84
6.3.2 程序运行结果分析 .................................................................................. 89
6.4 任务挂起和恢复 API 函数 ................................................................................ 89
6.5 任务挂起和恢复实验 ........................................................................................ 90
6.5.1 实验程序设计 .......................................................................................... 90
6.5.2 程序运行结果分析 .................................................................................. 96
第七章 FreeRTOS 列表和列表项 ............................................................................................... 98
7.1 什么是列表和列表项? .................................................................................... 99
7.1.1 列表 .......................................................................................................... 99
7.1.2 列表项 ...................................................................................................... 99
7.1.3 迷你列表项 ............................................................................................ 100
7.2 列表和列表项初始化 ...................................................................................... 101
7.2.1 列表初始化 ............................................................................................ 101
7.2.2 列表项初始化 ........................................................................................ 102
7.3 列表项插入 ...................................................................................................... 102
7.3.1 列表项插入函数分析 ............................................................................ 102
7.3.2 列表项插入过程图示 ............................................................................ 104
7.4 列表项末尾插入 .............................................................................................. 105
7.4.1 列表项末尾插入函数分析 .................................................................... 105
7.4.2 列表项末尾插入图示 ............................................................................ 106
7.5 列表项的删除 .................................................................................................. 107
7.6 列表的遍历 ...................................................................................................... 108
7.7 列表项的插入和删除实验 .............................................................................. 109
7.7.1 实验程序设计 ........................................................................................ 109
7.7.2 程序运行结果分析 ................................................................................ 113
第八章 FreeRTOS 调度器开启和任务相关函数详解 ............................................................. 117
6
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8.1 阅读本章所必备的知识 .................................................................................. 118
8.2 调度器开启过程分析 ...................................................................................... 118
8.2.1 任务调度器开启函数分析 .................................................................... 118
8.2.2 内核相关硬件初始化函数分析 ............................................................ 120
8.2.3 启动第一个任务 .................................................................................... 120
8.2.4 SVC 中断服务函数 ................................................................................. 122
8.2.5 空闲任务 ................................................................................................ 125
8.3 任务创建过程分析 .......................................................................................... 126
8.3.1 任务创建函数分析 ................................................................................ 126
8.3.2 任务初始化函数分析 ............................................................................ 127
8.3.3 任务堆栈初始化函数分析 .................................................................... 131
8.3.4 添加任务到就绪列表 ............................................................................ 132
8.4 任务删除过程分析 .......................................................................................... 134
8.5 任务挂起过程分析 .......................................................................................... 136
8.6 任务恢复过程分析 .......................................................................................... 139
第九章 FreeRTOS 任务切换 ..................................................................................................... 141
9.1 PendSV 异常 ..................................................................................................... 142
9.2 FreeRTOS 任务切换场合 ................................................................................. 143
9.2.1 执行系统调用 ........................................................................................ 143
9.2.2 系统滴答定时器(SysTick)中断 ............................................................. 144
9.3 PendSV 中断服务函数 ..................................................................................... 145
9.4 查找下一个要运行的任务 .............................................................................. 146
9.6 FreeRTOS 时间片调度 ..................................................................................... 148
9.6 时间片调度实验 .............................................................................................. 150
9.6.1 实验程序设计 ........................................................................................ 150
9.6.2 程序运行结果分析 ................................................................................ 153
第十章 FreeRTOS 系统内核控制函数 ..................................................................................... 155
10.1 内核控制函数预览 ........................................................................................ 156
10.2 内核控制函数详解 ........................................................................................ 156
第十一章 FreeRTOS 其他任务 API 函数 ................................................................................ 161
11.1 任务相关 API 函数预览 ................................................................................ 162
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11.2 任务相关 API 函数详解 ................................................................................ 163
11.3 任务壮态查询 API 函数实验 ........................................................................ 170
11.3.1 实验程序设计 ....................................................................................... 170
11.3.2 程序运行结果分析 ............................................................................... 175
11.4 任务运行时间信息统计实验 ........................................................................ 176
11.4.1 相关宏的设置 ....................................................................................... 176
11.4.2 实验程序设计 ....................................................................................... 178
11.4.3 程序运行结果分析 ............................................................................... 182
第十二章 FreeRTOS 时间管理 ................................................................................................. 183
12.1 FreeRTOS 延时函数 ....................................................................................... 184
12.1 函数 vTaskDelay() ................................................................................... 184
12.2 函数 prvAddCurrentTaskToDelayedList() .............................................. 185
12.3 函数 vTaskDelayUntil() .......................................................................... 187
12.2 FreeRTOS 系统时钟节拍 ............................................................................... 191
第十三章 FreeRTOS 队列 ......................................................................................................... 197
13.1 队列简介 ........................................................................................................ 198
13.2 队列结构体 .................................................................................................... 200
13.3 队列创建 ........................................................................................................ 201
13.3.1 函数原型 .............................................................................................. 201
13.3.2 队列创建函数详解 .............................................................................. 203
13.3.3 队列初始化函数 .................................................................................. 204
13.3.4 队列复位函数 ...................................................................................... 205
13.4 向队列发送消息 ............................................................................................ 207
13.4.1 函数原型 .............................................................................................. 207
13.4.2 任务级通用入队函数 .......................................................................... 211
13.4.3 中断级通用入队函数 .......................................................................... 215
13.5 队列上锁和解锁 ............................................................................................ 217
13.6 从队列读取消息 ............................................................................................ 219
13.7 队列操作实验 ................................................................................................ 223
13.7.1 实验程序设计 ...................................................................................... 223
13.7.2 程序运行结果分析 .............................................................................. 231
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