隨著嵌入式系統(tǒng)在各領域的廣泛應用，實時操作系統(tǒng)(RTOS)的需求日益增加。FreeRTOS是一款開源的實時操作系統(tǒng)，專為資源受限的嵌入式系統(tǒng)設計。FreeRTOS由Richard Barry創(chuàng)建并維護，提供了強大的任務調度功能，包括優(yōu)先級調度、時間片輪轉和多任務同步機制，如信號量、隊列、事件組和互斥鎖等。FreeRTOS支持多種處理器架構，包括Arm Cortex�睲、PIC、AVR等，具有高度的移植性。

FreeRTOS實時操作系統(tǒng)具備小巧高效的特點，典型內核大小僅有幾千字節(jié)(KB)，非常適合用于片上系統(tǒng)(SoC)和微控制器等。FreeRTOS還提供了可選的內存管理方案，以滿足不同應用的需求。同時，其豐富的API和強大的擴展性，使開發(fā)者能夠快速構建穩(wěn)定高效的實時應用。此外，FreeRTOS擁有活躍的社區(qū)支持、豐富的文檔和實例代碼，極大地方便了開發(fā)和調試。FreeRTOS廣泛應用于物聯(lián)網設備、工業(yè)自動化、機器人和消費電子領域，為開發(fā)復雜嵌入式系統(tǒng)提供了強有力的支持。

本書的特點主要體現在以下幾方面。

(1) 系統(tǒng)性和全面性： 本書從FreeRTOS的基本概念入手，逐步深入任務管理、軟件定時器、任務間同步、進程間通信與消息隊列、內存管理、中斷管理以及內核移植等各方面，內容系統(tǒng)全面，覆蓋了FreeRTOS的各個重要方面。

(2) 實用性和操作性： 書中不僅介紹了理論知識，還結合了大量的實際應用實例，幫助讀者在實踐中掌握FreeRTOS的使用方法。每章末尾的習題也有助于讀者鞏固所學知識。

(3) 針對性和專業(yè)性： 本書特別針對STM32嵌入式微控制器進行了詳細介紹和實例講解，適合從事STM32開發(fā)的工程師和開發(fā)人員閱讀。

(4) 圖文并茂： 書中配有大量的圖表和示意圖，幫助讀者更直觀地理解FreeRTOS的工作原理和操作流程。

(5) 循序漸進： 本書內容安排循序漸進，從基礎知識到高級應用，逐步深入，適合不同層次的讀者學習和參考。

(6) 實戰(zhàn)案例： 書中結合了多個實戰(zhàn)案例，詳細講解了FreeRTOS在實際項目中的應用，幫助讀者將理論知識應用到實際開發(fā)中，提高系統(tǒng)開發(fā)效率和產品質量。

全書共分為9章，具體內容如下。

第1章講述了FreeRTOS的特點、商業(yè)許可、發(fā)展歷史及功能等基本概念，解釋了選擇FreeRTOS的理由，并介紹了FreeRTOS源碼和官方手冊的獲取方法，以及系統(tǒng)移植、文件組成、編碼規(guī)則及配置和功能裁剪等內容，最后講解了FreeRTOS的啟動流程。

第2章概述了STM32微控制器，介紹了產品線和選型，詳細分析了STM32F407ZGT6的主要特性和功能，并解釋其芯片內部結構、引腳功能和最小系統(tǒng)設計，同時還討論了STM32的GPIO、外部中斷EXTI、串口USART、定時器等外設及其工作原理。

第3章詳細講述了FreeRTOS的任務管理機制，包括多任務運行基本機制、任務狀態(tài)、優(yōu)先級、空閑任務、基礎時鐘與嘀嗒信號等，還介紹了任務調度方法、任務管理相關函數、任務設計要點以及任務管理的應用實例。

第4章講述了軟件定時器的特性、相關配置、服務任務的優(yōu)先級以及應用場景，討論了軟件定時器的精度、運作機制、控制塊及相關函數，并通過應用實例幫助讀者理解軟件定時器的使用方法。

第5章主要介紹了信號量和互斥量的原理、功能、運作機制、控制塊及相關函數，包括二值信號量、計數信號量、互斥量信號量、遞歸互斥量等。此外，討論了優(yōu)先級翻轉問題及其解決方法，通過應用實例展示了FreeRTOS在任務間同步中的具體應用。

第6章講述了進程間通信的基本概念，詳細講解了消息隊列的特點和操作，包括隊列的創(chuàng)建、數據寫入和讀取方法，以及消息隊列的運作機制、阻塞機制及應用場景。同時，還介紹了消息隊列的控制塊及相關函數，并通過實例說明其應用方法。

第7章講述了內存管理的基本概念及應用場景，介紹了不同的內存管理方案，詳細講解了heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c、heap_5.c等實現方式。同時，解釋了內存池的工作機制和管理方式，通過實例展示了FreeRTOS內存管理的具體應用。

第8章詳細講述了FreeRTOS與中斷的關系、中斷的基本概念及相關名詞，討論了中斷管理的運作機制和應用場景。重點講解了任務與中斷服務例程(ISR)的關系、中斷屏蔽和臨界代碼段的設計原則，并介紹了在ISR中使用FreeRTOS API函數的方法，通過實例展示了中斷管理的應用。

第9章主要講述了FreeRTOS在STM32上的移植實例，涵蓋從STM32 GPIO輸入輸出應用的硬件設計，到使用STM32CubeMX新建工程，通過Keil MDK和STM32CubeIDE實現工程，使用STM32CubeProgrammer下載固件，以及通過STM32CubeIDE進行調試的詳細步驟，系統(tǒng)地展示了整個移植過程。

通過對這9章內容的全面學習，讀者將系統(tǒng)掌握FreeRTOS的運行機制及其在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中的具體應用，從而能夠更加高效地設計和開發(fā)高性能的嵌入式系統(tǒng)。希望本書能夠成為廣大嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者和工程師了解和應用FreeRTOS的指南。

本書結合作者多年的科研和教學經驗，遵循循序漸進、理論與實踐并重、共性與個性兼顧的原則，將理論與實踐一體化的教學方式融入其中。書中實例開發(fā)過程用到的是目前使用最廣泛的野火STM32開發(fā)板F407�舶蕴旎ⅲ�由此開發(fā)各種功能，書中實例均進行了調試。讀者也可以結合實際或者手里現有的開發(fā)板開展實驗，均能獲得實驗結果。

本書數字資源豐富，配有教學課件、程序代碼、教學大綱、電路文件、官方手冊等電子資源。

對本書中所引用的參考文獻的作者，在此一并向他們表示真誠的感謝。由于編者水平有限，加上時間倉促，書中錯誤和不妥之處在所難免，敬請廣大讀者不吝指正。

編者2025年2月