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使用 FreeRTOS 实现简单多任务调度（初识 RTOS）

news 2025/7/11 5:46:14

🚦使用 FreeRTOS 实现简单多任务调度（初识 RTOS）

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“裸机是手动挡，RTOS是自动挡。程序员也要学会偷懒！”
——《从延时到调度：嵌入式人的进阶之路》

🧠 一、什么是 RTOS？为啥你迟早会用上它？

RTOS，全名 Real-Time Operating System（实时操作系统）。
简单理解，它是为 MCU 打工的“调度大脑”，能帮你搞定这些烦人的事：

多个任务如何“分时共享 CPU”
谁先执行谁后执行
哪个任务被中断了怎么回来
延时不靠 HAL_Delay()，而是靠“时间片”
……

你说你裸机写得也挺好？

当你项目越来越复杂，一手管理 3 个传感器 + OLED + 蓝牙 + ADC + 一堆中断后，你会感叹：“RTOS，它不香吗？”

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🏗️ 二、FreeRTOS 是啥？能干嘛？

FreeRTOS 是一个轻量级、开源、适用于嵌入式设备的 RTOS。它小到能塞进几 KB 的 Flash，大到能跑在 Cortex-M33 的 MCU 上。

它能做什么？

能力	说明
任务管理	你写的任务能自动轮流运行（任务调度）
延时控制	再也不用 `while(1)` 和 `HAL_Delay()`
队列通信	多个任务之间可以“发消息”
互斥量	防止多个任务抢一个资源打架
中断支持	和 ISR 合作，能即时响应硬件事件

🧪 三、我们来写一个：两个任务轮流打印信息

场景设定

我们用两个任务，一个负责打印 “任务1运行中”，另一个打印 “任务2运行中”，每个任务运行后都延时 1 秒钟。

🛠️ 四、搭建 FreeRTOS 工程（以 STM32 为例）

打开 STM32CubeMX
选择芯片或开发板，如 STM32F103C8T6
开启 SYS > Timebase Source 为 “SysTick”
Middleware 中勾选 FreeRTOS
配置两个任务 Task1 和 Task2
生成工程并打开 Keil / STM32CubeIDE

📦 五、FreeRTOS 示例代码

#include "cmsis_os.h"
#include "stdio.h"// 任务句柄
osThreadId_t Task1Handle;
osThreadId_t Task2Handle;// 任务1函数
void Task1(void *argument)
{for(;;){printf("任务1运行中\r\n");osDelay(1000); // 延时1秒}
}// 任务2函数
void Task2(void *argument)
{for(;;){printf("任务2运行中\r\n");osDelay(1000); // 延时1秒}
}int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_USART2_UART_Init(); // 你用哪个串口就初始化哪个// 创建任务const osThreadAttr_t task1_attr = {.name = "Task1",.priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,.stack_size = 128 * 4};Task1Handle = osThreadNew(Task1, NULL, &task1_attr);const osThreadAttr_t task2_attr = {.name = "Task2",.priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,.stack_size = 128 * 4};Task2Handle = osThreadNew(Task2, NULL, &task2_attr);// 启动调度器osKernelInitialize();osKernelStart();while (1){// 永远不会执行到这里}
}

🔍 六、代码解析

osThreadNew()：创建一个任务，传入函数和属性
osDelay(ms)：让当前任务“睡一觉”，让别人有机会运行
osKernelStart()：启动 RTOS 的调度器，之后就进入任务世界啦
多个任务根据优先级和时间片轮流运行，实现并发

🧯 七、常见问题

问题	原因	解决方式
程序卡在 `while(1)` 不执行任务	没调用 `osKernelStart()`	加上它！
任务运行顺序不一致	优先级或调度抢占机制影响	调整 `priority` 或加调试日志
串口不打印	没初始化串口或 `printf` 重定向没做好	检查 HAL_UART_Init 与重定向

🎨 八、初学者的小贴士

每个任务用死循环 for(;;) 是套路
延时用 osDelay() 替代 HAL_Delay()
任务不能太占 CPU，可以 osDelay(1) 礼貌让位
不要滥用全局变量，多用队列或信号量通信

📚 九、FreeRTOS 术语小科普（别被吓住）

术语	中文	初学者理解
Task	任务	一个功能单位
Tick	时钟节拍	RTOS内部的时间粒度
Scheduler	调度器	决定谁先运行
Priority	优先级	谁更重要谁先上
Delay	延时	任务主动让出 CPU
Mutex/Semaphore	互斥量/信号量	防止资源抢占、任务同步