嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS原理及應(yīng)用———基于STM32微控制器
定 價(jià)：49 元
- 作者：張超
- 出版時(shí)間：2021/12/1
- ISBN：9787121424779
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TP368.1
- 頁(yè)碼：272
- 紙張：
- 版次：01
- 開本：16開
本書面向高職和應(yīng)用型本科的學(xué)生，以及嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的工程技術(shù)人員。以通用的STM32開發(fā)板為平臺(tái)，運(yùn)行freeRTOS操作系統(tǒng)的智能手表作教學(xué)項(xiàng)目，貫穿書本內(nèi)容的編寫。全書共分12章，以智能手表項(xiàng)目為主線，系統(tǒng)介紹了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的概念，freeRTOS任務(wù)創(chuàng)建、任務(wù)調(diào)度、任務(wù)同步與消息傳遞，軟件定時(shí)器、事件通知等知識(shí)。在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)上，均安排有智能手表對(duì)應(yīng)的功能單元，來幫助讀者理解知識(shí)點(diǎn)，并掌握其實(shí)際應(yīng)用。項(xiàng)目引領(lǐng)，邊學(xué)邊做，學(xué)以致用是本書的一大特色。
張超，男，碩士研究生，系統(tǒng)分析師，廣東梅州人，1971年10月出生。超過20年企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，主持嵌入式產(chǎn)品的研制、開發(fā)三十多項(xiàng)。現(xiàn)任職于中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主講《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《MCS-51單片機(jī)技術(shù)》、《STM32單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用》、《嵌入式產(chǎn)品開發(fā)與實(shí)踐》、《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》等課程。指導(dǎo)學(xué)生競(jìng)賽，獲全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)職業(yè)院校技能大賽嵌入式應(yīng)用開發(fā)賽項(xiàng)等國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)多項(xiàng)。
第1章 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)介紹 1
1.1 嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng) 1
1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的基本概念 1
1.1.2 嵌入式操作系統(tǒng) 2
1.1.3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 2
1.1.4 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 3
1.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FreeRTOS簡(jiǎn)介 5
1.2.1 FreeRTOS的特點(diǎn) 5
1.2.2 FreeRTOS的商業(yè)許可 5
1.2.3 選擇FreeRTOS的理由 6
1.3 總結(jié) 7
思考與練習(xí) 7
第2章 FreeRTOS在STM32微控制器上的移植 8
2.1 文件準(zhǔn)備 8
2.1.1 FreeRTOS源碼 9
2.1.2 基礎(chǔ)工程 12
2.2 FreeRTOS移植 15
2.2.1 復(fù)制FreeRTOS源碼 15
2.2.2 向工程中添加.c文件 16
2.2.3 配置頭文件包含路徑 17
2.2.4 配置FreeRTOS 17
2.2.5 修改stm32f4xx_it.c文件 19
2.2.6 編譯項(xiàng)目 19
2.3 移植驗(yàn)證 20
2.3.1 引入FreeRTOS相關(guān)頭文件 20
2.3.2 編寫測(cè)試任務(wù)函數(shù) 20
2.3.3 創(chuàng)建測(cè)試任務(wù) 21
2.3.4 開啟調(diào)度器 21
2.3.5 下載測(cè)試 22
2.4 添加串口打印功能 22
2.4.1 串口硬件連接 22
2.4.2 初始化串口 23
2.4.3 下載測(cè)試 24
2.5 總結(jié) 25
思考與練習(xí) 25
第3章 FreeRTOS的裁剪和配置 26
3.1 基礎(chǔ)配置 26
3.1.1 configUSE_PREEMPTION 27
3.1.2 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 27
3.1.3 configCPU_CLOCK_HZ 27
3.1.4 configTICK_RATE_HZ 27
3.1.5 configMAX_PRIORITIES 27
3.1.6 configMINIMAL_STACK_SIZE 27
3.1.7 configTOTAL_HEAP_SIZE 28
3.1.8 configUSE_16_BIT_TICKS 28
3.1.9 configIDLE_SHOULD_YIELD 28
3.1.10 configMAX_TASK_NAME_LEN 28
3.1.11 configUSE_TICKLESS_IDLE 28
3.1.12 關(guān)于列隊(duì)、信號(hào)量和任務(wù)通知 29
3.1.13 關(guān)于鉤子函數(shù) 29
3.2 FreeRTOS中斷配置 29
3.2.1 configPRIO_BITS 29
3.2.2 configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 30
3.2.3 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 30
3.2.4 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 30
3.2.5 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 30
3.3 可選API函數(shù)配置 31
3.4 其他配置 31
3.4.1 協(xié)程相關(guān) 31
3.4.2 任務(wù)運(yùn)行信息相關(guān) 31
3.4.3 軟件定時(shí)器相關(guān) 32
3.4.4 斷言 32
3.4.5 中斷服務(wù)函數(shù) 33
3.5 FreeRTOSConfig.h頭文件參考配置 33
3.6 總結(jié) 35
思考與練習(xí) 36
第4章 FreeRTOS任務(wù)基礎(chǔ) 37
4.1 FreeRTOS任務(wù) 37
4.1.1 任務(wù)的特性 38
4.1.2 任務(wù)的狀態(tài) 39
4.1.3 任務(wù)的優(yōu)先級(jí) 39
4.1.4 任務(wù)堆棧 40
4.1.5 任務(wù)控制塊 40
4.1.6 列表和列表項(xiàng) 41
4.2 任務(wù)創(chuàng)建和刪除 44
4.2.1 任務(wù)函數(shù) 45
4.2.2 任務(wù)創(chuàng)建和刪除函數(shù) 45
4.2.3 用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方法創(chuàng)建任務(wù) 46
4.2.4 用靜態(tài)內(nèi)存分配方法創(chuàng)建任務(wù) 47
4.2.5 任務(wù)刪除 48
4.3 任務(wù)創(chuàng)建與刪除示例 49
4.3.1 組織代碼 49
4.3.2 編寫LED0任務(wù)函數(shù) 49
4.3.3 編寫LED1任務(wù)函數(shù) 50
4.3.4 創(chuàng)建任務(wù) 51
4.3.5 修改main.c文件 51
4.3.6 下載測(cè)試 53
4.4 總結(jié) 53
思考與練習(xí) 54
第5章 FreeRTOS任務(wù)調(diào)度 55
5.1 開啟調(diào)度器 55
5.1.1 調(diào)度器開啟函數(shù) 55
5.1.2 調(diào)度器開啟過程 57
5.1.3 啟動(dòng)第一個(gè)任務(wù) 57
5.2 任務(wù)的掛起和恢復(fù) 58
5.2.1 任務(wù)的掛起 58
5.2.2 任務(wù)的恢復(fù) 60
5.2.3 任務(wù)掛起和恢復(fù)示例 62
5.3 任務(wù)的調(diào)度 64
5.3.1 FreeRTOS任務(wù)切換場(chǎng)合 65
5.3.2 PendSV中斷 66
5.3.3 PendSV中斷服務(wù)函數(shù) 67
5.3.4 查找下一個(gè)要運(yùn)行的任務(wù) 69
5.3.5 FreeRTOS時(shí)間片調(diào)度 71
5.3.6 時(shí)間片調(diào)度示例 72
5.3.7 空閑任務(wù) 76
5.4 FreeRTOS內(nèi)核函數(shù) 78
5.4.1 臨界段操作函數(shù) 79
5.4.2 掛起和恢復(fù)調(diào)度器函數(shù) 80
5.4.3 任務(wù)切換函數(shù) 81
5.4.4 系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍追加 81
5.4.5 內(nèi)核函數(shù)使用示例 81
5.5 總結(jié) 84
思考與練習(xí) 84
第6章 FreeRTOS任務(wù)函數(shù) 85
6.1 延時(shí)函數(shù) 86
6.1.1 系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍 86
6.1.2 相對(duì)延時(shí) 86
6.1.3 絕對(duì)延時(shí) 87
6.1.4 延時(shí)函數(shù)使用示例 88
6.2 優(yōu)先級(jí)控制 91
6.2.1 獲取任務(wù)優(yōu)先級(jí) 91
6.2.2 設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級(jí) 91
6.2.3 改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級(jí)示例 91
6.3 獲取任務(wù)狀態(tài)信息 96
6.3.1 任務(wù)狀態(tài)信息獲取函數(shù) 96
6.3.2 任務(wù)狀態(tài)信息獲取示例 98
6.4 統(tǒng)計(jì)任務(wù)運(yùn)行時(shí)間信息 101
6.4.1 任務(wù)運(yùn)行時(shí)間信息統(tǒng)計(jì)函數(shù) 101
6.4.2 任務(wù)運(yùn)行時(shí)間信息統(tǒng)計(jì)示例 101
6.5 總結(jié) 106
思考與練習(xí) 107
第7章 FreeRTOS隊(duì)列與消息傳遞 108
7.1 FreeRTOS隊(duì)列及其結(jié)構(gòu) 108
7.1.1 FreeRTOS隊(duì)列特性 108
7.1.2 隊(duì)列結(jié)構(gòu)體 110
7.2 隊(duì)列操作 111
7.2.1 隊(duì)列創(chuàng)建 111
7.2.2 入隊(duì)操作 112
7.2.3 出隊(duì)操作 114
7.2.4 其他隊(duì)列操作函數(shù) 116
7.3 用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)串口守護(hù)任務(wù) 116
7.3.1 守護(hù)任務(wù) 116
7.3.2 串口守護(hù)任務(wù)示例 116
7.4 總結(jié) 120
思考與練習(xí) 120
第8章 FreeRTOS信號(hào)量與任務(wù)同步 121
8.1 二值信號(hào)量 121
8.1.1 創(chuàng)建二值信號(hào)量 122
8.1.2 釋放二值信號(hào)量 123
8.1.3 獲取二值信號(hào)量 124
8.1.4 用二值信號(hào)量進(jìn)行任務(wù)同步 125
8.2 計(jì)數(shù)信號(hào)量 131
8.2.1 創(chuàng)建計(jì)數(shù)信號(hào)量 131
8.2.2 計(jì)數(shù)信號(hào)量的釋放和獲取 131
8.2.3 用計(jì)數(shù)信號(hào)量進(jìn)行任務(wù)同步 131
8.3 互斥信號(hào)量 133
8.3.1 創(chuàng)建互斥信號(hào)量 135
8.3.2 互斥信號(hào)量的釋放和獲取 135
8.3.3 優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn) 136
8.3.4 優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)示例 136
8.3.5 用互斥信號(hào)量抑制優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn) 140
8.4 遞歸互斥信號(hào)量 142
8.5 總結(jié) 143
思考與練習(xí) 143
第9章 FreeRTOS事件標(biāo)志組 144
9.1 事件標(biāo)志組 144
9.1.1 創(chuàng)建事件標(biāo)志組 144
9.1.2 設(shè)置事件標(biāo)志位 145
9.1.3 獲取事件標(biāo)志組值 146
9.1.4 等待指定的事件標(biāo)志位 147
9.2 用事件標(biāo)志組進(jìn)行任務(wù)同步 147
9.2.1 配置FreeRTOS 148
9.2.2 配置定時(shí)器 148
9.2.3 任務(wù)函數(shù) 149
9.2.4 創(chuàng)建任務(wù) 151
9.2.5 下載測(cè)試 152
9.3 總結(jié) 153
思考與練習(xí) 153
第10章 FreeRTOS任務(wù)通知 154
10.1 發(fā)送和獲取任務(wù)通知 154
10.1.1 發(fā)送任務(wù)通知 154
10.1.2 獲取任務(wù)通知 156
10.2 任務(wù)通知使用 157
10.2.1 用任務(wù)通知模擬二值信號(hào)量 157
10.2.2 用任務(wù)通知模擬事件標(biāo)志組 160
10.3 總結(jié) 163
思考與練習(xí) 163
第11章 FreeRTOS軟件定時(shí)器 164
11.1 軟件定時(shí)器服務(wù)任務(wù) 164
11.2 軟件定時(shí)器操作 165
11.2.1 單次定時(shí)與周期定時(shí) 165
11.2.2 創(chuàng)建軟件定時(shí)器 165
11.2.3 啟動(dòng)軟件定時(shí)器 166
11.2.4 停止軟件定時(shí)器 167
11.3 軟件定時(shí)器使用示例 168
11.3.1 配置FreeRTOS 169
11.3.2 軟件定時(shí)器回調(diào)函數(shù) 170
11.3.3 任務(wù)函數(shù) 170
11.3.4 創(chuàng)建軟件定時(shí)器和任務(wù) 172
11.3.5 下載測(cè)試 173
11.4 總結(jié) 174
思考與練習(xí) 174
第12章 FreeRTOS內(nèi)存管理 175
12.1 FreeRTOS內(nèi)存分配方法 175
12.1.1 heap_1.c動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方法 175
12.1.2 heap_2.c動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方法 176
12.1.3 heap_3.c動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方法 176
12.1.4 heap_4.c動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方法 177
12.1.5 heap_5.c動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方法 177
12.2 FreeRTOS內(nèi)存管理示例 177
12.3 總結(jié) 180
思考與練習(xí) 180
第13章 智能手表FreeRTOS實(shí)現(xiàn) 182
13.1 功能設(shè)計(jì) 182
13.1.1 時(shí)間顯示 183
13.1.2 時(shí)間設(shè)置 184
13.1.3 鬧鐘設(shè)置 184
13.1.4 鬧鐘響鈴 184
13.1.5 秒表計(jì)時(shí) 185
13.1.6 心率測(cè)量 185
13.1.7 運(yùn)動(dòng)計(jì)步 186
13.1.8 硬件信息 186
13.2 硬件設(shè)計(jì) 187
13.2.1 硬件系統(tǒng)框圖 188
13.2.2 單元電路 188
13.2.3 硬件原理圖 194
13.3 FreeRTOS工程 194
13.3.1 復(fù)制并新建FreeRTOS工程 194
13.3.2 智能手表FreeRTOS配置 196
13.3.3 用STM32CubeMX生成初始化代碼 196
13.4 算法及驅(qū)動(dòng) 199
13.4.1 OLED12864模塊 199
13.4.2 AHT10 207
13.4.3 心率測(cè)量 210
13.4.4 運(yùn)動(dòng)計(jì)步 214
13.4.5 藍(lán)牙傳輸 223
13.4.6 多功能按鍵 225
13.4.7 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 226
13.5 任務(wù)設(shè)計(jì) 227
13.5.1 按鍵任務(wù) 227
13.5.2 時(shí)間顯示任務(wù) 228
13.5.3 時(shí)間設(shè)置任務(wù) 229
13.5.4 鬧鐘設(shè)置任務(wù) 231
13.5.5 鬧鐘時(shí)間檢查任務(wù) 233
13.5.6 鬧鐘響鈴任務(wù) 234
13.5.7 秒表計(jì)時(shí)任務(wù) 235
13.5.8 心率測(cè)量任務(wù) 237
13.5.9 計(jì)步后臺(tái)任務(wù) 239
13.5.10 計(jì)步顯示任務(wù) 239
13.5.11 任務(wù)信息獲取任務(wù) 241
13.6 任務(wù)創(chuàng)建、調(diào)度與同步 243
13.6.1 任務(wù)創(chuàng)建及調(diào)度器開啟 244
13.6.2 搶占式調(diào)度提高系統(tǒng)響應(yīng)性能 247
13.6.3 時(shí)間片調(diào)度讓任務(wù)共享優(yōu)先級(jí) 247
13.6.4 用任務(wù)掛起和恢復(fù)實(shí)現(xiàn)互斥訪問 247
13.6.5 用互斥信號(hào)量共享藍(lán)牙資源 249
13.6.6 用任務(wù)通知同步鬧鐘響鈴任務(wù) 249
13.6.7 用隊(duì)列共享按鍵功能 250
13.6.8 軟件定時(shí)器使用 250
13.7 調(diào)試與優(yōu)化 251
附錄A FreeRTOS編碼和命名規(guī)則 254
附錄B 示例程序和項(xiàng)目所使用的編譯環(huán)境 256
附錄C 項(xiàng)目實(shí)施對(duì)開發(fā)板的要求 258
附錄D 項(xiàng)目實(shí)施所需驅(qū)動(dòng)文件 259
參考文獻(xiàn) 260
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