stm32软件编程的框架及注意事项——rtos篇

0、通常，嵌入式软件（这里指单片机系统）的框架千变万化，有带rtos的，也有裸机的。

0.1、写过带系统的，也写过裸机的，这里总结一下两个类型的框架，记录下自己的心得，主要是文字描述，框架图可以后期添加。

1、freertos框架
1.1、使用标准库，网上有很多一直教程，也有现成移植好的，如果自己使用，可以在config文件下，自己需要根据项目的大小进行系统的裁剪，这方面的教程有很多，官方的，原子的，野火的等等。

1.2、使用hal库，可以直接使用freertos的中间件，在代码中，cubemx其实已经把freertos的接口函数封装了一遍，以至于和原来的freertos的接口函数不一样的，但是实现的功能是一样的，这个宗旨是不能变的。项目中通常采用1000hz的调度频率。

但是使用的方法有些不一样，比如延时函数等，这个可以参考stm32方面的教程，文档名称是《STM32 嵌入式操作系统介绍》（或《STM32RTOS培训_嵌入式操作系统介绍》）这个文档介绍了基本的使用方法。尤其是接口函数的使用。英文也有：

https://arm-software.github.io/CMSIS-FreeRTOS/General/html/index.html

1.3、在cubemx中，可以进行系统的裁剪，可以分配多少空间给任务，默认是128字（128×4个字节），最后可以看看还剩多少空间，根据项目的任务数量来具体分配，还有信号量队列，互斥量，软件定时器一般不怎么用，用的最多的是信号量（用于任务或中断的同步），互斥量（临界区的数据保护）。

1.4、开发中，首先要将信号量，任务先建立，没有中断的芯片驱动可以首先初始化。
如果外部芯片有中断的，可以最后初始化，因为如果初始化后，芯片就会产生一个外部中断，从而调用信号量，但是此时你却没有初始化信号量，从而导致死机，这个一定要注意！

1.5、可以使用一个开始任务，把外设初始化、任务创建放在里面，结束后，删除自己即可。

1.6、中断基本上使用信号量来同步，这个比标志位更方便，在任务中判断信号量是否有新，无效则一直等待，也可以设置一个等待时间，一般都是一直等待，这样任务可以挂起，不影响其他任务的运行，这个裸机是有区别的，而且不用清零标志位。

1.7、任务的周期不能太短，100ms基本上ok，50ms也行的，但是这个任务不能长期执行，否则将导致其他任务饥饿，得不到系统运行的时间。

1.8、任务里面尽量不要使用for循环，可以使用计数器的方式代替，比如一个周期只采样一个通道，这个是比较好的方法，否则for循环会导致占用很多cpu资源，导致其他任务无法运行，或者一个任务，只执行了一半的程序。

1.9、任务基本上采用时间片的方式，其实就是将每个任务的优先级设置为一样，这样系统就会在1ms的时刻运行一次某个任务，下1ms运行下一个任务（就是任务切换），直到所有任务都各自运行了1ms，从头开始运第一个任务。这样基本上不用作临界资源的保护动作。

假如，任务1的延时时间是100ms，程序需要运行30ms，任务2的延时时间是50ms，程序需要运行40ms。那么cpu先在前60ms，间隔运行任务1、任务2，每次运行1ms，60ms后，任务1已经运行完毕，进入挂起态。任务2继续运行，运行到70ms后，任务2也运行完毕，进入挂起态，之后到80ms后重新运行任务2。

可以看看下面的示意图。只说明了大概意思，时间点可能不准确，大家也可以提提意见。

2、软件框架：

通信方式使用tcp协议或者modbus协议。
tcp的物理介质是网线，要注意，交叉线和直连线。
modbus使用rs485的总线，使用rtu方式。

2.1总的框架是：应用逻辑使用java实现，在pc或高级的cpu处理器（可以跑linux这种），单片机实现底层的驱动。

2.2、上位机下发一条指令——>单片机串口接收到数据——>检查数据合法性——>置位相关的标志位——>进行一次设备的操作——>清零相关的标志位——>结束

2.3、串口接收结合定时器的方法，modbus就是使用的这种，3.5T以上如没有数据了，说明一帧数据已经结束。可以进行数据解析了。

2.4、使用标志位的目的是，命令来一次，我单片机只操作一次设备，众所周知，rtos中单片机有好几个死循环的，一直在运行的，因此标志位清零后，就达到了目的，以免频繁的操作设备。有的需要自动控制的，那么，就要合理添加标志位，因此标志位的使用比较关键的，要好好规划。

3、另外一种用的较多的是状态机的方法。
通常我们在使用按键的时候会使用状态机的思想，状态机的思想，我最先是在FPGA的课程中用到，后面就陆续在网上看到这单片机中也经常使用的。因此我在任务中，经常使用到，尤其是与外部设备进行通信的过程中。

3.1、一般串口通信我会分如下几个步骤：

空闲态——这个状态没有任何发送和接收

接收态——数据正在接收，同时定时器在该状态中，判断是否已经有4ms的超时，超时了，立即转为“完成态”，并触发一个接收中断，告知单片机可以处理数据解析，这个时刻可以锁定串口不再接收新的数据，等完成处理，发送回上位机后（如果有必要这个步骤），再开启接收的功能，这样可以创造单片机有一个“数据解析处理”的单独的时间，当然前提是：上位机只有接收到单片机的数据后，才能发送下一条数据。

3.2、当然还可以添加一些其他的状态：
超时
数据帧错误
超载状态
基本上6个状态已经可以够用了，比较健壮的。

3.3、同时还可以添加一个状态机，用于描述一个通信状态是否完成。我这里添加了一个事件的状态机：
初始态——数据没有发送、没有接受
完成态——对应于串口的超时、数据帧错误、超载状态、完成态，这样可以告知单片机，一个时间已经完成，可以进行后续的工作。这个在我单片机要发送两次串口任务中使用到，因为要发送两次停机命令，有两个欧姆龙温控器（modbus控制）。

小结：rtos的框架，基本上使用任务+信号量+状态机，就可以解决中小型的项目，而且有一个优点，任务之间耦合性较低，时间控制方面也是比较好的，基本上有的地方可以不用定时器了，编写代码更加省心，比如点led灯，在裸机里面，必须要使用定时器。

效率方便，代写完裸机后，在进行总结一下。