【中文文档】UM1722_如何使用STM32Cube中的实时操作系统

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STMCU-管管发布时间：2019-4-16 10:22

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在具有 RTOS 的 STM32Cube 上开发应用

前言

STMCubeTM 计划源自意法半导体，旨在通过减少开发的工作量、时间与成本，使开发者受益。 STM32Cube 涵盖 STM32 产品系列。

STM32Cube 1.x 版包括：
• 图形软件配置工具 STM32CubeMX，可通过图形化的生成初始化 C 代码。
• 针对每个系列提供综合的嵌入式软件平台（即 STM32CubeF4 用于 STM32F4 系列）
– STM32 抽象层嵌入式软件 STM32Cube HAL，确保在 STM32 各个产品之间实现最大限度的可移植性
– 一套一致的中间件，比如 RTOS、 USB、 TCP/IP、图形
– 所有嵌入式软件实用工具均配备一套完整的示例。

实时操作系统是为在嵌入式 / 实时应用中使用而优化的操作系统。它们的主要目标是确保及时、确定性地响应事件。使用实时操作系统，应用可写为一组独立的线程，线程间使用消息队列和信号量通信。

本用户手册的目标读者为在 STM32 微控制器上使用 STM32Cube 固件的开发者。它完整描述了如何使用具有实时操作系统（RTOS）的 STM32Cube 固件组件；本用户手册还提供了一组示例说明，它们基于 FreeRTOS，使用 CMSIS-OS 封装层提供的通用 API。

在 STM32Cube 固件中，通过 ARM 提供的通用 CMSIS-OS 封装层，将 FreeRTOS 用作实时操作系统。使用 FreeRTOS 的样例和应用可直接移植到其它任何 RTOS 而不需要修改高层API，在此情况下仅需更改 CMSIS-OS 封装。

请参考软件包的发布说明，以了解与 STM32CubeTM 共同使用的 FreeRTOS 和 CMSIS-RTOS固件组件版本。

本文档适用于所有 STM32 器件；然而为了简洁起见，以 STM32F4xx 器件和 STM32CubeF4作为参考平台。若需了解更多在 STM32 设备上样例实现的信息，请参考相关 STM32Cube 固件包中提供的自述文件。

1 Free RTOS

1.1 概述

FreeRTOS 是 RTOS 的一种，尺寸非常小，可运行于微控制器上，但其使用并不限于微控制器应用。

微控制器是尺寸小、资源受限的处理器，它在单个芯片上包含了处理器本身、用于保存要执行的程序的只读存储器（ROM 或 Flash）、所执行程序需要的随机存取存储器（RAM）。一般情况下，程序直接从只读存储器执行。

微控制器用于深度嵌入式应用（对于那些应用，您永远不会看到处理器本身或运行的软件），它们一般有非常明确、专门的工作。尺寸的限制以及专用的终端应用等性质，令其很少能使用完整的 RTOS 实现 - 或者说不可能使用完整的 RTOS 实现。因此，FreeRTOS 仅为内核提供了实时调度功能、任务间通信、时序和同步原语。这意味着更准确地说，它是一个实时内核，或实时执行器。命令控制台界面、网络栈等额外的功能可作为附加组件。

FreeRTOS 为可调整的实时示例生成器内核，专为小型嵌入式系统设计。其特点包括
• Free RTOS 示例生成器内核 —— 优先式、合作式及混合式配置选项。
• 官方支持 27 种架构（ARM7 和 ARM Cortex M3 每个算一种架构）。
• FreeRTOS-MPU 支持 Cortex M3 存储器保护单元（MPU）。
• 设计目标为小尺寸、简单和易用。一般来说，示例生成器内核二进制映像大约为 4K 到9K 字节。
• 代码结构极易移植，主要用 C 编写。
• 支持任务和协同例程。
• 可通过队列、二进制信号量、计数信号量、递归信号量、互斥量在任务间、任务与中断间通信和同步。
• 互斥量有优先级继承。
• 支持高效的软件定时器。
• 强大的执行跟踪功能。
• 栈溢出检测选项。
• 预配置的示例应用，用于选定的单板电脑，可直接使用，加快学习曲线。
• 免费论坛支持，或可选择商业支持和授权。
• 可创建的任务数无软件限制。
• 可使用的优先级数无软件限制。
• 优先级指定无限制 - 可为多个任务指定同一优先级。
• 免费的开发工具可用于很多支持的架构。
• 免费的嵌入式软件源代码。
• 免版税。
• 可从标准的 Windows 主机交叉开发。

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