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STM32 FreeRTOS实时控制、任务调度与性能工程

共计 30 章节

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课程导入与工程视角建立

目标=明确STM32 FreeRTO… · 核心概念 · 整体知识框架

课程导入工程视角建立

STM32硬件平台与FreeRTOS移植准备

目标=掌握STM32时钟树 · 中断系统 · SysTick

FreeRTOS内核启动与第一个多任务工程

目标=完成FreeRTOSConfi… · 任务创建 · 启动调度器

FreeRTOS内核启动

任务管理与任务状态机

目标=深入任务控制块 · 任务栈 · 就绪/阻塞/挂起/运行状态转换

任务管理任务状态机

任务优先级与调度策略

目标=理解抢占式调度 · 时间片轮转 · 优先级反转现象

任务优先级调度策略

FreeRTOS延时、阻塞与空闲任务

目标=掌握vTaskDelay · vTaskDelayUntil · 空闲任务与钩子函数

队列机制与任务间通信

目标=使用消息队列实现传感器采集任务… · 分析队列阻塞 · 超时与覆盖策略

队列机制任务间通信

信号量、互斥量与资源保护

目标=通过二值信号量 · 计数信号量 · 互斥量解决共享外设访问冲突

信号量互斥量

事件组与任务同步

目标=利用事件组实现多条件触发 · 任务间同步与状态广播 · 设计按键

事件组任务同步

任务通知与轻量级同步

目标=掌握任务通知替代信号量 · 队列和事件组的场景 · 比较其RAM占用

任务通知轻量级同步

软件定时器与周期性控制

目标=使用FreeRTOS软件定时器… · 对比硬件定时器中断与软件定时器在实时…

软件定时器周期性控制

中断管理与FreeRTOS API安全调用

目标=掌握FromISR API · 中断优先级配置 · 临界区与挂起调度器

流缓冲区与消息缓冲区

目标=面向串口 · SPI · ADC等数据流场景

流缓冲区消息缓冲区

内存管理与动态/静态分配

目标=分析heap_1到heap_5… · 掌握静态创建任务与队列的方法 · 评估内存碎片对长期运行系统的影响

内存管理动态

栈溢出检测与任务栈深度工程

目标=使用栈溢出钩子 · 高水位线API和调试方法 · 为控制任务

栈溢出检测任务栈深度工程

实时控制任务架构设计

目标=以电机控制或温度控制为对象 · 划分采集 · 控制

实时控制任务架构…目标=以电机控制…

PID控制任务在FreeRTOS中的实现

目标=将PID算法封装为周期任务 · 结合队列接收设定值与反馈值 · 通过PWM输出执行控制量

任务调度时序分析与响应时间评估

目标=使用GPIO翻转 · 逻辑分析仪和Tracealyzer观… · 中断延迟与最坏响应时间

任务调度时序分析响应时间评估

优先级反转与实时性缺陷排查

目标=构造互斥量优先级继承案例 · 分析反转 · 死锁与饥饿现象

优先级反转实时性缺陷排查

CPU利用率与空闲时间测量

目标=通过空闲任务钩子 · 运行时间统计和vTaskGetRun… · 定位性能瓶颈

低功耗与实时调度的平衡

目标=结合STM32睡眠模式 · Tickless Idle和任务唤醒… · 设计电池供电场景下的实时控制策略

低功耗实时调度的平衡

多任务共享外设的驱动设计

目标=以I2C · SPI · UART为例

多任务共享外设的…I2C

DMA、中断与任务协同的数据通路

目标=构建ADC+DMA+队列+控制… · 优化采样实时性与CPU占用

DMA任务协同的数据通…

FreeRTOS与STM32 HAL/LL库协同

目标=分析HAL_Delay · HAL_UART_Transmit等… · 改造为中断或DMA非阻塞模式

任务间通信的性能对比与选型

目标=对队列 · 信号量 · 事件组

任务间通信的性能…选型

实时控制系统的启动、停止与故障恢复

目标=设计任务启停 · 看门狗 · 错误队列和系统复位策略

实时控制系统的启…停止

调试与可视化

目标=使用SWO · SEGGER SystemView · FreeRTOS+Trace和串口命…

调试可视化

综合实战一

目标=多任务数据采集与实时显示系统 · 滤波 · 队列传输

综合实战一目标=多任务数据…

综合实战二

目标=闭环电机速度控制系统 · PID计算 · PWM输出

综合实战二目标=闭环电机速…

性能工程总结与工程化交付

目标=归纳调度 · 通信 · 内存

性能工程总结工程化交付