1. LED闪烁

任务目标

用同一颗LED灯实现1Hz闪烁（亮500ms、灭500ms），分别以裸机主循环延时和RTOS任务延时两种方式编写，对比两者在代码组织、CPU占用和实时响应上的差异。本案例以STM32F407 + HAL库为硬件基础，RTOS选用FreeRTOS（CMSIS-OS v2封装）。

环境与依赖

• 硬件：STM32F407开发板，LED接PD12（或任意GPIO，需在代码中对应修改）
• 软件：STM32CubeIDE（或Keil MDK），STM32CubeF4固件包，FreeRTOS中间件（CubeMX勾选即可）
• 时钟：系统时钟168MHz，HAL库已初始化

裸机轮询实现

裸机方式使用主循环调用HAL_Delay()阻塞延时。代码结构为顺序执行，CPU在延时期间被占用，无法处理其他任务。

// main.c 裸机轮询版本（核心代码）
#include "main.h"

void LED_Blink_Polling(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);   // LED亮
    HAL_Delay(500);                                        // 阻塞500ms
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET); // LED灭
    HAL_Delay(500);                                        // 阻塞500ms
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();  // 168MHz
    MX_GPIO_Init();        // PD12配置为推挽输出

    while (1)
    {
        LED_Blink_Polling();
    }
}

RTOS任务实现

RTOS方式将LED闪烁封装为独立任务，使用osDelay()主动让出CPU。任务在延时期间进入阻塞态，调度器可运行其他就绪任务，实现并发。

// app_rtos.c RTOS任务版本（核心代码）
#include "cmsis_os.h"

void LED_Blink_Task(void *argument)
{
    for (;;)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_SET);   // LED亮
        osDelay(500);                                          // 阻塞500ms，让出CPU
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12, GPIO_PIN_RESET); // LED灭
        osDelay(500);                                          // 阻塞500ms，让出CPU
    }
}

// 在main.c中创建任务（CubeMX自动生成部分）
// osThreadId_t LEDTaskHandle;
// LEDTaskHandle = osThreadNew(LED_Blink_Task, NULL, &LEDTask_attributes);

代码结构对比

实时性差异说明

裸机方式中，若在HAL_Delay(500)期间发生外部中断（如按键），中断服务函数可立即执行，但主循环中的其他非中断逻辑必须等待延时结束才能运行。RTOS方式中，osDelay()使当前任务挂起，调度器立即切换到其他就绪任务；若存在更高优先级任务（如按键处理任务），其响应延迟仅取决于任务切换时间（通常微秒级），而非500ms延时。

运行与验证

1. 裸机验证：编译烧录后，观察LED以1Hz频率闪烁（亮500ms、灭500ms）。用示波器或逻辑分析仪测量PD12引脚波形，高电平持续500ms±10ms，低电平持续500ms±10ms。
2. RTOS验证：编译烧录后，同样观察LED闪烁频率。在调试器中暂停程序，查看任务列表，确认LED_Blink_Task状态在Blocked（阻塞）和Running（运行）之间切换。
3. 对比验证：在裸机版本主循环中添加一个空操作计数器（如volatile uint32_t cnt++），在RTOS版本中创建同优先级空任务执行相同计数。运行10秒后比较两者计数值——RTOS版本中空任务计数应显著高于裸机版本（因为裸机CPU被延时占用，而RTOS空任务在延时期间获得CPU）。

通过标准：两种方式LED均以1Hz±10%频率闪烁；RTOS任务状态切换正常；对比实验中RTOS空任务计数值明显大于裸机版本。