FreeRTOS 学习笔记一：使用 CubeMX 创建两个任务
一、简述
FreeRTOS 可以理解为一个运行在单片机上的实时操作系统内核。它本身并不负责帮我们完成具体业务逻辑，而是负责管理多个任务，让这些任务按照一定规则使用 CPU。
FreeRTOS 的主要作用有三个：
任务调度
资源管理
任务通信
简单来说：
FreeRTOS 像一个“管理者”，负责安排任务的运行顺序。
每个任务具体做什么，仍然由我们自己写代码决定。
FreeRTOS 不会修改任务代码，它只是在需要切换任务时保存当前任务的运行现场，然后恢复另一个任务的运行现场。
二、创建两个任务
本次使用 CubeMX 生成 STM32 工程，并通过 CubeMX 配置 FreeRTOS。这样可以少写一部分底层初始化代码，更适合初学者先理解任务创建和任务调度。
本节目标：
创建两个 FreeRTOS 任务：任务 1：控制 PA0 反转电平任务 2：控制 PA1 反转电平
如果 PA0 和 PA1 外接 LED，就可以看到两个 LED 以不同频率闪烁。
（一）CubeMX 相关配置
1. 选择芯片
在 CubeMX 中选择 STM32F103C8T6 这款单片机。实际学习 FreeRTOS 时，也可以选择其他 STM32 芯片，只要支持 FreeRTOS 并且工程能够正常编译即可。
2. 配置调试方式
选择 Serial Wire，也就是 SWD 调试方式。
SWD 通常使用两根主要调试线：
这种方式可以配合 ST-Link 或 J-Link 进行程序下载和在线调试，是 STM32 中最常用的调试方式。
3. 选择 TIM4 作为 HAL 时间基准
在使用 FreeRTOS 时，通常不建议继续让 HAL 使用 SysTick 作为时间基准，因为 FreeRTOS 自己也需要使用系统节拍。
所以这里可以选择 TIM4 作为 HAL 的 Timebase Source。这样可以减少 HAL 延时和 FreeRTOS 系统节拍之间的冲突。
4. 配置外部时钟
根据开发板实际情况配置高速外部时钟 HSE。如果板子上有低速外部晶振，也可以配置 LSE。
5. 配置系统时钟为 72 MHz
STM32F103C8T6 常见配置是使用 8 MHz 外部晶振，然后通过 PLL 倍频到 72 MHz。
本次选择 PA0 和 PA1 作为普通推挽输出。
PA0 -> GPIO_OutputPA1 -> GPIO_Output
这两个引脚可以用于外接 LED，后续在两个不同的任务中分别控制它们反转电平。
7. 配置 FreeRTOS
在 Middleware 中启用 FreeRTOS，并选择 CMSIS_V2 接口。
CubeMX 会自动生成 FreeRTOS 相关文件，不需要自己手动从官网下载 FreeRTOS 源码。没有下载对应软件包时，CubeMX 会提示下载，按照提示下载即可。
本节只学习任务创建，所以重点关注 Tasks and Queues 这一栏。
第一个任务通常会在启用 FreeRTOS 时自动生成，例如：
第二个任务需要点击 Add 手动添加。
8. 配置任务优先级
双击任务后，可以看到任务的配置界面，其中比较重要的是 Priority。
例如：
任务 1：osPriorityNormal任务 2：osPriorityLow
这表示任务 1 的优先级高于任务 2。
这里要注意：
优先级不是任务的创建顺序，也不是固定的执行顺序。
它的含义是：
当多个任务都处于就绪态，且都可以运行时，FreeRTOS 会优先运行优先级更高的任务。
也就是说，高优先级任务只要处于就绪态，就会优先获得 CPU。
9. 配置工程生成方式
设置项目名称，IDE 选择 MDK-ARM，后续可以使用 Keil 打开工程。
在 Code Generator 中，可以选择只复制必须的库文件，这样工程体积更小，编译负担也更低。
三、代码讲解
1. 查看任务配置
生成工程后，打开：
在这个文件中可以看到 CubeMX 为我们生成的任务句柄、任务属性以及任务创建代码。
任务属性一般包括：
例如：
const osThreadAttr_t defaultTask_attributes = { .name = "defaultTask", .stack_size = 128 * 4, .priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,};
其中：
表示任务名称。
表示任务栈大小。这里是 512 字节。
.priority = osPriorityNormal
表示任务优先级。
任务创建代码一般类似：
defaultTaskHandle = osThreadNew(StartDefaultTask, NULL, &defaultTask_attributes);
这句话的作用是创建一个任务，任务入口函数是 StartDefaultTask。
2. 在两个任务中分别控制 PA0 和 PA1
两个任务中可以分别写 GPIO 反转代码。
任务 1 示例：
voidStartDefaultTask(void *argument){ for(;;) { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0); osDelay(500); }}
任务 2 示例：
voidStartTask02(void *argument){ for(;;) { HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_1); osDelay(1000); }}
这里需要理解两个关键点：
第一，HAL_GPIO_TogglePin() 是反转电平
例如：
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
表示反转 PA0 的输出电平。
如果 PA0 原来是低电平，执行后变成高电平；如果原来是高电平，执行后变成低电平。
所以它不是“点亮一次 LED”，而是“改变一次电平状态”。
第二，osDelay() 不是普通裸机延时
例如：
它的意思不是让整个系统停止 500 ms，而是让当前任务进入阻塞态 500 ms。
任务进入阻塞态后，暂时不参与 CPU 竞争。此时 FreeRTOS 调度器会去运行其他处于就绪态的任务。
四、任务优先级和任务切换过程
假设有两个任务：
任务 1：osPriorityNormal，控制 PA0任务 2：osPriorityLow，控制 PA1
由于 osPriorityNormal 高于 osPriorityLow，所以当两个任务都处于就绪态时，FreeRTOS 会优先运行任务 1。
但是任务 1 执行到：
之后，任务 1 会进入阻塞态。在这 500 ms 内，任务 1 不再占用 CPU，也不会继续参与调度。
此时，如果任务 2 处于就绪态，调度器就会切换到任务 2 运行。
任务 2 运行后也会执行：
然后任务 2 也进入阻塞态。
如果此时系统中没有其他用户任务可以运行，FreeRTOS 会运行空闲任务，也就是 Idle Task。
当任务 1 的 500 ms 延时时间到了之后，任务 1 会从阻塞态重新变成就绪态。由于任务 1 的优先级高于任务 2，所以只要任务 1 重新就绪，调度器就会优先切换回任务 1。
这里最容易写错的一点是：
任务 2 被高优先级任务打断时，并不是被停止、删除或重新开始。
更准确地说：
任务 2 的运行现场会被保存。等高优先级任务再次进入阻塞态后，任务 2 可以从之前被打断的位置继续运行。
所以，不能理解成：
而应该理解成：
哪个任务处于就绪态，并且优先级最高，调度器就运行哪个任务。
五、两个任务的大致运行过程
以任务 1 延时 500 ms、任务 2 延时 1000 ms 为例，可以这样理解：
任务 1 运行，反转 PA0 ↓任务 1 执行 osDelay(500)，进入阻塞态 ↓任务 2 运行，反转 PA1 ↓任务 2 执行 osDelay(1000)，进入阻塞态 ↓两个任务都在阻塞时，系统运行 Idle Task ↓500 ms 到，任务 1 重新进入就绪态 ↓任务 1 优先级更高，调度器运行任务 1 ↓任务 1 再次反转 PA0，然后又执行 osDelay(500) ↓调度器继续根据任务状态和优先级切换任务
最终看到的现象是：
PA0 对应的 LED 闪烁较快PA1 对应的 LED 闪烁较慢
如果 PA0 每 500 ms 反转一次，那么完整亮灭周期大约是 1 秒。
如果 PA1 每 1000 ms 反转一次，那么完整亮灭周期大约是 2 秒。
六、本节小结
本节通过两个 LED 闪烁任务，初步理解了 FreeRTOS 的任务调度。
需要重点记住：
FreeRTOS 任务通常写成 for(;;) 无限循环。
任务优先级不是任务创建顺序，而是任务竞争 CPU 时的调度依据。
当多个任务都处于就绪态时，高优先级任务优先运行。
osDelay() 只会阻塞当前任务，不会让整个系统停止。
低优先级任务被高优先级任务抢占时，不是被停止，而是保存上下文，后面可以继续运行。
如果所有用户任务都处于阻塞态，FreeRTOS 会运行空闲任务 Idle Task。
对于 for(;;) 形式的任务，任务通常不会真正“结束”，而是在运行态、就绪态、阻塞态之间不断切换。
这一节最重要的理解是：
FreeRTOS 不是按照代码书写顺序依次执行任务，而是根据任务状态和任务优先级来决定当前运行哪个任务。
