使用 FreeRTOS 实现简单多任务调度（初识 RTOS）

使用 FreeRTOS 实现简单多任务调度（初识 RTOS）

“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》

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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

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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。

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️ 四、搭建 FreeRTOS 工程（以 STM32 为例）

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

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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
    }
}

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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

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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

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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

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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

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✅ 十、总结一句话

FreeRTOS 就像是给你的 MCU 安了个“多线程操作系统”，让它不再只是一个死循环。

只需几行代码，你就可以轻松实现多个功能并发运行，代码结构更清晰，扩展性更强！

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