FreeRTOS是一個輕量級、開源的實時操作系統(tǒng)內核，專為微控制器和小型嵌入式系統(tǒng)設計。它提供基本的RTOS特性，如任務調度、任務間通信、同步機制和低功耗管理，同時保持最小的內存占用。

在這個項目中，FreeRTOS被用來管理STM32微控制器上的多個并發(fā)任務，實現確定性執(zhí)行、模塊化軟件設計和安全訪問共享硬件資源。RTOS調度器處理任務切換，而任務通過延遲函數顯式地產生CPU控制，實現適合資源受限系統(tǒng)的協(xié)作多任務方法。

項目目標

該項目的目標是設計和實現一個基于rtos的多任務嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時：

?從I2C傳感器獲取溫度數據

?使用模擬輸入控制RGB LED亮度

?更新LCD上的圖形信息

?定時執(zhí)行LED閃爍任務

所有任務都獨立運行，同時使用RTOS同步原語安全地共享系統(tǒng)資源。

步驟1：硬件和外設初始化

?使用STM32CubeMX配置系統(tǒng)時鐘，gpio， ADC, I2C， FSMC和PWM外設

?通過FSMC使用8080并行接口初始化LCD (ST7789 v3)

?通過I2C方式初始化AHT20溫濕度傳感器

?驗證LED和電位器輸入的正確操作

引腳映射和接線連接：

GND -> Left Leg

PA1 -> Middle Leg

3.3V -> Right Leg

STM32 Dev Board -> RGB

GND -> Long Leg

PA6 -> Red Leg

PE13 -> Blue Leg

PE11 -> Green Leg

步驟2：驅動程序集成和實現

?適應/實現了ST7789驅動程序(src/drv_lcd. + inc/drv_lcd.h和drv_lcd_font.c中的字體例程)來初始化顯示，設置窗口，并在FSMC上繪制文本/像素。

?實現AHT2x驅動程序(src/drv_aht21.c + inc/drv_aht21.h)執(zhí)行I2C事務并將響應轉換為溫度/濕度值。

?增加了簡單的ADC讀取助手和PWM設置功能，用于LED控制。

步驟3 - RTOS任務設計

實現了四個重點的FreeRTOS任務(在src/main.c中創(chuàng)建)：

?讀取AHT2x，格式化溫度字符串，更新LCD(周期性)。

?采樣ADC，平滑值，映射到PWM占空比的RGB LED。

?CounterTask -在LCD上增加并顯示一個計數器。

?BlinkTask -以穩(wěn)定的速率切換GPIO LED。

?每個任務運行一個無限循環(huán)，并在更新后使用vTaskDelay()，以便任務自愿放棄(協(xié)作式行為)。

步驟4 -同步：保護LCD

?為LCD創(chuàng)建一個FreeRTOS互斥鎖(xSemaphoreCreateMutex())。

?每一個多步驟的LCD操作在寫入前都要獲取互斥鎖(設置窗口→推像素→繪制文本)，然后立即返回。

?在xSemaphoreTake上使用短超時，以便任務可以跳過更新或重試，而不是死鎖。

步驟5 - ADC平滑和PWM映射

?應用一個小的平滑濾波器(簡單的EMA)原始ADC樣本，以避免可見的LED閃爍。

?將濾波后的ADC值映射到定時器PWM占空比并更新三個通道(R/G/B)。

步驟6 -電源考慮

?啟用FreeRTOS空閑處理(tickless-idle或vApplicationIdleHook)，以便MCU可以在沒有任務準備好時進入睡眠狀態(tài)。

?確保睡眠進入不會干擾所需的中斷(I2C， TIM， ADC)。

步驟7 -構建，flash和驗證

在STM32CubeIDE中構建項目，并使用ST - Link進行閃現。

物理板上已驗證的行為：

?LCD初始化和清除。

?溫度顯示，并定期更新。

?計數器在它自己的LCD區(qū)域中遞增。

?電位器平滑地改變RGB亮度。

?閃爍LED以預期速率切換。

?沒有LCD損壞(互斥鎖保護訪問)。

步驟8：觀察、調整和決定

?保持LCD臨界區(qū)短：在RAM中準備字符串/緩沖區(qū)，然后短暫地使用互斥鎖進行寫入。

?輕微增加互斥鎖超時，以減少在繁忙活動期間跳過的更新。

?增加ADC平滑去除可見的閃爍。

?如果計劃稍后進行較大的刷新，可以考慮使用DMA或雙重緩沖來減少顯示阻塞時間。

要在repo中檢查的文件(工作所在的地方)：

-任務創(chuàng)建，互斥鎖創(chuàng)建，調度程序啟動，高級流程。

?src/drv_lcd., inc/drv_lcd.h - ST7789初始化和繪圖功能。

Src /drv_lcd_font.c, inc/drv_lcd_font.h -字體渲染和文本輔助程序。

?src/drv_aht21.c, inc/drv_aht21.h - AHT2x傳感器驅動程序(I2C讀取/轉換)。

?/FreeRTOSConfig.h -本項目使用的RTOS配置。完整的repo的源代碼在最后。

結果示例

本文編譯自hackster.io