FREERTOS原理与应用――基于GD32

本书采用GD32F303ZET6芯片的GD32F3苹果派开发板，重点介绍FreeRTOS操作系统的原理与应用开发。全书共19章，前两章简要介绍了嵌入式操作系统和GD32F3苹果派开发板；第3~19章分别介绍基准工程的创建、简易操作系统的实现，以及FreeRTOS的移植、任务管理、时间管理、消息队列、二值信号量与计数信号量、互斥信号量、事件标志组、任务通知、软件定时器、内存管理、中断管理、CPU利用率、流缓冲区、消息缓冲区和协程。全书程序代码的编写均遵循统一规范，且各章的工程均采用模块化设计，以便于将各模块应用在实际项目和产品中。本书配有丰富的资料包，涵盖GD32F3苹果派开发板原理图、例程、软件包、PPT等。资料包将持续更新，下载链接可通过微信公众号“卓越工程师培养系列”获取。本书既可以作为高等院校电子信息、自动化等专业微控制器相关课程的教材，也可以作为微控制器系统设计及相关行业工程技术人员的入门培训用书。

第1章 嵌入式操作系统简介 1 1.1 裸机系统与嵌入式操作系统 1 1.1.1 简单裸机系统 1 1.1.2 基于定时器计时的裸机系统 2 1.1.3 嵌入式操作系统 2 1.2 操作系统的分类 3 1.2.1 分时操作系统 3 1.2.2 实时操作系统 3 1.3 FreeRTOS简介 4 1.3.1 为什么选择FreeRTOS 4 1.3.2 FreeRTOS的特点 4 1.3.3 商业许可 5 1.3.4 如何获取相关资料 5 本章任务 5 本章习题 5 第2章 GD32F3苹果派开发板简介 6 2.1 为什么选择GD32 6 2.2 GD32F3系列微控制器简介 6 2.3 GD32F3苹果派开发板电路简介 8 2.4 基于FreeRTOS的应用实例 11 2.5 本书配套资料包 11 2.6 GD32微控制器开发工具安装与 配置 12 2.6.1 安装Keil μVision5 12 2.6.2 设置Keil μVision5 14 2.6.3 安装CH340驱动 16 本章任务 16 本章习题 17 第3章 基准工程 18 3.1 GD32F30x系列微控制器的系统架 构与存储器映射 18 3.1.1 系统架构 18 3.1.2 存储器映射 19 3.2 GD32工程模块名称及说明 22 3.3 Keil编辑和编译及程序下载过程 22 3.3.1 Keil编辑和编译过程 23 3.3.2 程序下载过程 23 3.4 相关参考资料 23 3.5 代码框架 24 3.6 实例与代码解析 25 3.6.1 新建存放工程的文件夹 25 3.6.2 复制并编译原始工程 25 3.6.3 LED文件对介绍 25 3.6.4 KeyOne文件对介绍 27 3.6.5 Delay文件对介绍 30 3.6.6 RCU文件对介绍 31 3.6.7 Timer文件对介绍 33 3.6.8 Main.c文件介绍 37 3.6.9 程序下载 39 3.6.10 运行结果 44 本章任务 44 本章习题 44 第4章 简易操作系统 45 4.1 裸机系统与操作系统的区别 45 4.2 任务切换基本原理 45 4.3 CPU工作寄存器和栈区 45 4.4 中断与异常 48 4.4.1 Cortex-M3/M4的中断与异常 48 4.4.2 中断/异常返回 50 4.4.3 SCV与PendSV异常 52 4.5 任务的特性 52 4.5.1 任务优先级 52 4.5.2 任务状态 52 4.5.3 不可剥夺内核和可剥夺内核 52 4.5.4 空闲任务 54 4.6 实例与代码解析 54 4.6.1 复制并编译原始工程 54 4.6.2 添加EasyOS文件对 55 4.6.3 完善EasyOS.h文件 55 4.6.4 完善EasyOS.c文件 56 4.6.5 完善Main.c文件 64 4.6.6 编译及下载验证 66 本章任务 67 本章习题 67 第5章 FreeRTOS的移植 68 5.1 FreeRTOS源码的获取 68 5.2 FreeRTOS源码文件简介 68 5.3 FreeRTOS配置宏定义简介 69 5.4 实例与代码解析 70 5.4.1 复制并编译原始工程 70 5.4.2 移植 71 5.4.3 完善Main.c文件 72 5.4.4 下载验证 75 本章任务 76 本章习题 76 第6章 任务管理 77 6.1 任务简介 77 6.1.1 任务函数 77 6.1.2 任务状态 78 6.1.3 任务优先级 78 6.1.4 任务句柄 79 6.1.5 任务栈 79 6.1.6 任务管理相关API函数 79 6.2 任务控制块（TCB） 83 6.3 列表和列表项 83 6.4 栈帧初始化 85 6.5 SVC异常处理 86 6.6 PendSV异常处理 87 6.7 实例与代码解析 89 6.7.1 复制并编译原始工程 89 6.7.2 编写测试程序 89 6.7.3 编译及下载验证 90 本章任务 91 本章习题 91 第7章 时间管理 92 7.1 相对延时 92 7.2 绝对延时 92 7.3 时间管理相关API函数 92 7.4 实例与代码解析 93 7.4.1 复制并编译原始工程 93 7.4.2 编写测试程序 93 7.4.3 编译及下载验证 95 本章任务 95 本章习题 95 第8章 消息队列 96 8.1 队列与循环队列 96 8.2 数据存储 97 8.3 多任务访问 97 8.4 出队阻塞 97 8.5 入队阻塞 97 8.6 消息队列集 98 8.7 消息队列相关API函数 98 8.8 消息队列集相关API函数 103 8.9 实例与代码解析 107 8.9.1 复制并编译原始工程 107 8.9.2 编写测试程序 108 8.9.3 编译及下载验证 110 本章任务 111 本章习题 111 第9章 二值信号量与计数信号量 112 9.1 中断延迟 112 9.2 二值信号量 113 9.3 计数信号量 115 9.4 相关API函数 116 9.5 实例与代码解析 123 9.5.1 复制并编译原始工程 123 9.5.2 编写测试程序 123 9.5.3 编译及下载验证 124 本章任务 125 本章习题 125 第10章 互斥信号量 126 10.1 共享资源与互斥访问 126 10.1.1 共享资源 126 10.1.2 通过临界段实现资源管理 128 10.1.3 通过调度器实现资源管理 130 10.1.4 通过互斥信号量实现资源 管理 132 10.2 优先级翻转与继承 133 10.2.1 优先级翻转 133 10.2.2 优先级继承 133 10.3 递归互斥信号量 134 10.4 死锁 134 10.5 互斥信号量与调度器 134 10.6 守护任务 137 10.7 互斥信号量相关API函数 138 10.8 实例与代码解析 140 10.8.1 复制并编译原始工程 140 10.8.2 编写测试程序 140 10.8.3 编译及下载验证 142 本章任务 143 本章习题 143 第11章 事件标志组 144 11.1 事件标志组特性 144 11.2 事件标志组原理 144 11.3 事件标志组相关API函数 145 11.4 实例与代码解析 155 11.4.1 复制并编译原始工程 155 11.4.2 编写测试程序 155 11.4.3 编译及下载验证 157 本章任务 158 本章习题 158 第12章 任务通知 159 12.1 任务通知原理 159 12.2 任务通知相关API函数 160 12.3 任务通知的应用 166 12.4 实例与代码解析 170 12.4.1 复制并编译原始工程 170 12.4.2 编写测试程序 170 12.4.3 编译及下载验证 171 本章任务 171 本章习题 171 第13章 软件定时器 172 13.1 软件定时器简介 172 13.1.1 软件定时器的回调函数 172 13.1.2 软件定时器的模式 172 13.1.3 软件定时器的状态 173 13.2 软件定时器服务 174 13.2.1 软件定时器的命令队列 174 13.2.2 软件定时器服务调度 174 13.3 软件定时器ID 176 13.4 复位软件定时器 176 13.5 软件定时器相关API函数 176 13.6 实例与代码解析 186 13.6.1 复制并编译原始工程 186 13.6.2 编写测试程序 186 13.6.3 编译及下载验证 188 本章任务 188 本章习题 188 第14章 内存管理 189 14.1 内存管理简介 189 14.2 内存管理的应用场景 190 14.3 内存碎片 190 14.4 FreeRTOS内存管理机制 191 14.5 内存管理相关API函数 192 14.6 实例与代码解析 193 14.6.1 复制并编译原始工程 193 14.6.2 编写测试程序 194 14.6.3 编译及下载验证 194 本章任务 195 本章习题 195 第15章 中断管理 196 15.1 中断简介 196 15.2 中断优先级 197 15.3 用于屏蔽中断的特殊寄存器 197 15.4 FreeRTOS中断宏 199 15.5 中断开关 200 15.6 临界段代码 201 15.7 实例与代码解析 202 15.7.1 复制并编译原始工程 202 15.7.2 完善Timer.c文件 202 15.7.3 编写测试程序 204 15.7.4 编译及下载验证 205 本章任务 206 本章习题 206 第16章 CPU利用率 207 16.1 CPU利用率简介 207 16.2 CPU利用率统计 207 16.3 CPU利用率相关API函数 207 16.4 实例与代码解析 208 16.4.1 复制并编译原始工程 208 16.4.2 完善FreeRTOSConfig.h文件 208 16.4.3 完善Timer文件对 209 16.4.4 编写测试程序 210 16.4.5 编译及下载验证 211 本章任务 211 本章习题 212 第17章 流缓冲区 213 17.1 流缓冲区简介 213 17.2 流缓冲区相关API函数 213 17.3 实例与代码解析 219 17.3.1 复制并编译原始工程 219 17.3.2 完善UART0.c文件 219 17.3.3 编写测试程序 220 17.3.4 编译及下载验证 221 本章任务 221 本章习题 221 第18章 消息缓冲区 222 18.1 消息缓冲区简介 222 18.2 消息缓冲区相关API函数 222 18.3 实例与代码解析 227 18.3.1 复制并编译原始工程 227 18.3.2 编写测试程序 228 18.3.3 编译及下载验证 229 本章任务 229 本章习题 229 第19章 协程 230 19.1 协程的基本原理 230 19.2 FreeRTOS协程 231 19.2.1 FreeRTOS中协程的状态 231 19.2.2 FreeRTOS中协程的优先级 231 19.2.3 FreeRTOS中的协程函数 232 19.2.4 FreeRTOS中协程的调度 233 19.2.5 FreeRTOS协程的使用限制 234 19.3 协程相关API函数 235 19.4 实例与代码解析 242 19.4.1 复制并编译原始工程 242 19.4.2 完善FreeRTOSConfig.h文件 242 19.4.3 编写测试程序 243 19.4.4 编译及下载验证 244 本章任务 245 本章习题 245 参考文献 246