FreeRTOS学习之路，以STM32F103C8T6为实验MCU（序章——浅谈单片机以及FreeRTOS）

news2025/1/10 20:40:02

学习之路主要为FreeRTOS操作系统在STM32F103（STM32F103C8T6）上的运用，采用的是标准库编程的方式，使用的IDE为KEIL5。

注意！！！本学习之路可以通过购买STM32最小系统板以及部分配件的方式进行学习，也可以通过Proteus仿真的方式进行学习。

后续文章会同时发表在个人博客(jason1016.club)、CSDN；

视频会发布在bilibili(UID:399951374)

作者的话：

相信大家在学习完STM32的裸机开发后，满怀信心地去写一个庞大的项目的时，写到后期总会感觉，各个模块的任务总是会相互制约和影响，存在绝对的先后顺序关系（也称为轮询方法），即使在系统中以中断优先应对突发任务（前后台模式）也不是办法，一来是中断内的程序不能太复杂，最后只标志事件然后再主函数重新运行；二来是频繁进中断也不是办法吧。

这里举一个例子：我给单片机设置了

(1) 一个每三秒需要通过MQTT协议将传感器收集到的温湿度数据上传到服务器的任务
(2) 此为我还设置了系统需要通过光度传感器监测光强阈值控制灯的开关
(3) 设置OLED屏幕实时显示时钟。
(4) 控制LED呼吸灯，每5s执行一次翻转操作

那我在编写程序的时候就会遇到许多问题：

上述第一个和第二个任务应该写在中断还是挂起标志位再在轮询主函数中执行呢？
假设在中断中，那中断的执行事件会不会太复杂
假设在任务中，当任务多起来，每次单片机需要完整执行一次轮询周期太长，会不会导致数据传输的实时性得到损失甚至导致数据丢包
当我们使用delay等待函数的时候是不是会导致系统“没事干”导致CPU资源白白浪费掉了

因此我们开始学习尝试了解以操作系统去解决上述的问题。那么我们应该移植什么操作系统呢?通过了解STM32F103适配的主流系统有μC／OS-II、eCos、FreeRTOS、都江堰操作系统等操作系统。而其中FreeRTOS以开源、免费而著名，所以我们在学习单片机就自然而然地FreeRTOS作为首选了。

好了，跟大家卖了这么久关子，也不好再吊着大家了，接下来我就是直入主题了！！！

什么是操作系统？

这里相信很多教程都讲过了，但是这里我想和大家聊聊我的看法！

首先我们要先知道操作系统的主体是谁，操作系统是为谁服务的？操作系统的服务受众群体从始至终都只有一个，那就是单片机。

对于单片机是什么，我这里分享一个我个人很喜欢的理解模式，（以STM32F103为例）我们把单片机比作一个人，那他的内核就是他的小脑瓜；晶振就是他的心跳；外设就是他的五感，SRAM和FLASH就是他的记忆系统，总线协议就是他的血管，那这样是不是就可以将单片机转化成一个活生生的人了呢。

既然都把他比作一个人了，那我们不妨把单片机的各个运行模式转化为一个人思维方式进阶。首先裸机开发模式，就是这个孩童的阶段，这个时候单片机还不懂怎么合理分配自己的时间：只知道到了早上要先刷牙，然后洗脸，最后再吃早饭，但是针对突发情况，比如今天天牙膏没了那咋办？单片机就不会处理了，就傻傻地站在洗漱池前等刷牙，等牙膏来了（轮询模式）；

然后就是前后台系统模式了，等你年纪再大点，步入了幼年时期，可以听得懂父母的话，在上述处理事情的模式上，又学会了听爸爸妈妈的话，当父母喊你去做什么事情的时候，你总会乐呵呵地抛下手里的所有事情去听爸爸妈妈喊你知道你一会要去做什么（中断），然后再先把爸爸妈妈安排的工作插入上述的轮询进程任务中，到时间了再处理得当（主程序执行事件）。这样要是妈妈说她马上要出门了，喊你帮忙拿车钥匙，你还傻傻地先刷牙洗脸吃早餐再给妈妈送过去，估计妈妈得气死。

最后就到了多任务系统了，单片机度过稚嫩的幼年时期，到了青年时期有了属于自己的一套做人方式和行为准则，当然青年时期属于叛逆时期，不同单片机的发展差异就在于他解除了什么学习了什么（而这里我把这件事称为移植了什么系统），而我们就单独将学会了FreeRTOS的单片机小朋友提出来举例了，这位小朋友他就学会了:

把要做的事情都分成一个个任务，然后重要的事情先做（任务调度器按任务优先级调度）。
在别的任务等待的时候可以做别的事情，比如你在煲热水，等水沸腾的时候就可以做别的事情啦。（任务调度器任务切换）
合理运用自己的记忆力（heap_4内存分配）
......

相信聊到这里，大家大概了就了解了单片机和操作系统的关系了，操作系统就是单片机的思考和处理事情的方式，可能网上很多都有介绍Linux操作系统、FreeRTOS操作系统，但是相信大家看完这么多介绍都是似懂非懂的。在我看来，操作系统的定义应该泛定义到单片机的执行事件的一个模式，无论是裸机还是前后端，多任务都是一个完整的操作系统（这里是作者个人臆想的，要是错了欢迎指正）。