📚 课程目录第2章移植FreeRTOS到STM32

2. 移植FreeRTOS到STM32

任务目标

在STM32F103裸机工程中集成FreeRTOS内核，完成SysTick与PendSV中断配置，创建两个优先级相同的任务，通过串口输出验证任务调度器正常交替运行。

环境与依赖

硬件：STM32F103C8T6最小系统板，USART1（PA9/PA10）连接USB转串口模块
软件：STM32CubeIDE 或 Keil MDK-ARM（本文以STM32CubeIDE为例）
FreeRTOS版本：V10.4.6（或更高版本，接口一致）
基础工程：已配置好系统时钟（72MHz）和USART1驱动，能通过printf输出调试信息

实现步骤

将FreeRTOS源码添加到工程：复制FreeRTOS/Source目录下的tasks.c、list.c、queue.c、timers.c、event_groups.c及portable/MemMang/heap_4.c到工程，并添加portable/RVDS/ARM_CM3（Keil）或portable/GCC/ARM_CM3（CubeIDE）下的port.c和portmacro.h。在工程头文件搜索路径中添加FreeRTOS源码根目录和portable对应目录。

创建FreeRTOSConfig.h配置文件，核心配置如下：

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H

#define configUSE_PREEMPTION            1
#define configUSE_IDLE_HOOK             0
#define configUSE_TICK_HOOK             0
#define configCPU_CLOCK_HZ              ( ( unsigned long ) 72000000 )
#define configTICK_RATE_HZ              ( ( TickType_t ) 1000 )
#define configMAX_PRIORITIES            ( 5 )
#define configMINIMAL_STACK_SIZE        ( ( unsigned short ) 128 )
#define configTOTAL_HEAP_SIZE           ( ( size_t ) ( 8 * 1024 ) )
#define configMAX_TASK_NAME_LEN         ( 16 )
#define configUSE_16_BIT_TICKS          0
#define configIDLE_SHOULD_YIELD         1
#define configUSE_MUTEXES               0
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES     0
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES   0
#define configUSE_TIMERS                0
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE       0

#define configPRIO_BITS                 4
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY     15
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY     ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )

#define configASSERT( x ) if( ( x ) == 0 ) { taskDISABLE_INTERRUPTS(); for( ;; ); }

#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

关键完整代码

/* main.c - FreeRTOS双任务交替运行示例 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "usart.h"   /* 包含串口初始化函数 MX_USART1_UART_Init() 和 printf 重定向 */

/* 任务函数声明 */
void vTask1(void *pvParameters);
void vTask2(void *pvParameters);

/* 任务句柄（本示例未使用，但保留以演示创建方式） */
TaskHandle_t xTask1Handle = NULL;
TaskHandle_t xTask2Handle = NULL;

int main(void)
{
    /* 初始化系统时钟（CubeIDE生成的SystemClock_Config()） */
    SystemClock_Config();
    /* 初始化USART1 */
    MX_USART1_UART_Init();

    /* 创建两个相同优先级的任务 */
    xTaskCreate(vTask1, "Task1", 128, NULL, 2, &xTask1Handle);
    xTaskCreate(vTask2, "Task2", 128, NULL, 2, &xTask2Handle);

    /* 启动调度器（此函数不会返回） */
    vTaskStartScheduler();

    /* 正常情况下不会执行到这里 */
    for( ;; );
}

void vTask1(void *pvParameters)
{
    (void)pvParameters;
    for( ;; )
    {
        printf("[Task1] Running\r\n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));  /* 延时500ms */
    }
}

void vTask2(void *pvParameters)
{
    (void)pvParameters;
    for( ;; )
    {
        printf("[Task2] Running\r\n");
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));  /* 延时500ms */
    }
}

/* 可选：空闲任务钩子未启用，无需实现 */

中断优先级配置说明

FreeRTOS要求PendSV和SysTick中断优先级设为最低。在STM32CubeIDE中，通过HAL_NVIC_SetPriority()设置：

/* 在main函数中、创建任务前添加 */
HAL_NVIC_SetPriority(PendSV_IRQn, 15, 0);
HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 15, 0);

若使用Keil标准库，则在NVIC_Configuration()中设置：

NVIC_SetPriority(PendSV_IRQn, 15);
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 15);

注意：configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY必须与上述设置一致（均为15），否则调度异常。

编译与运行

将上述main.c内容替换工程中生成的main.c（保留SystemClock_Config和MX_USART1_UART_Init函数）。
确认FreeRTOS源码已添加至工程且头文件路径正确。
编译工程，烧录至STM32F103C8T6。
打开串口助手，波特率115200，观察输出。

验证方法

串口助手应持续交替收到以下输出（预期输出，非实测结果）：

[Task1] Running
[Task2] Running
[Task1] Running
[Task2] Running
...

判定通过条件：

两个任务均能周期执行，输出间隔约500ms；
Task1和Task2交替出现，无任务长期独占CPU；
系统不进入HardFault，无卡死现象。

常见问题

编译报错“undefined symbol vApplicationStackOverflowHook”：在任意.c文件中添加空实现：void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName) { (void)xTask; (void)pcTaskName; for(;;); }
任务不切换：检查PendSV和SysTick优先级是否已设为最低（数值15），且configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY与之匹配。
串口无输出：确认USART1已初始化且printf重定向正确（使用MicroLIB或fputc重定向）。