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圖書標籤:

• FreeRTOS
• STM32
• 嵌入式
• 實時操作係統
• 源碼分析
• 應用開發
• 編程教程
• 單片機
• ARM
• C語言

店鋪： 蘭興達圖書專營店

齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512423954

商品編碼：13699623658

reeRTOS源碼詳解與應用開發—基於STM32

  ，， 著

59.00

 

 

FreeRTOS源碼詳解與應用開發—基於STM32

本書輔以大量的例程,全麵講解瞭Fr e eRTOS的原理以及源碼,主要內容包括任務管理和任 務調度、係統裁減和配置、時間管理、隊列、信號量、軟件定時器、事件標誌組、任務通知、低功耗 Ti ck l e s s模式、空閑任務以及內存管理等。同時,本書配有大量的圖例,對於想要深入學習RTOS 類係統原理的人來說是一個不錯的選擇。 本書配套資料包括視頻教程、文檔教程、各個例程的源碼及相關參考資料,所有資料均可在開 源電子網(網址為www. openedv. c om)免費下載。 本書適閤那些想要學習Fr e eRTOS的初學者,也可作為高等院校計算機、電子技術、自動化、 嵌入式等相關專業的教材。

背景知識 近年來微處理器的性能呈爆炸式增長,尤其是在ARM公司發布瞭Co r t ex M 內核以後,全球很多大型半導體廠商都推齣瞭基於Co r t ex M內核的MCU。以ST (意法半導體)為例,先後推齣瞭STM32F1、 STM32F4、 STM32F7 近剛推齣的 STM32H7,其性能已經遠超曾經的ARM7,甚至已經超過瞭大多數的ARM9處理 器。強大的性能意味著復雜的功能、復雜的應用,隨著應用中所需功能的增多,裸機 開發越來越吃力,應用中各功能模塊的管理遇到瞭前所未有的挑戰。這時候,一個科 學的、閤理的模塊化管理方法顯得尤為重要,而這個正是操作係統的基本功能,即任 務管理。 提起操作係統,大多數人的第 反應應該是 Wi ndows、 L i nux、And r o i d和IOS 等這些常用的大型操作係統。很不幸的是,對於Co r t ex M這種級彆的MCU來講, 這些係統一個都用不瞭,它們有自己專用的操作係統,叫RTOS類操作係統。RTOS 是Re a lTimeOpe r a t i ngSys t em的縮寫,也就是實時操作係統。RTOS類操作係統 有很多,如μC/OSI I / I I I、 RTX、 RT Thr e ad、 Fr e eRTOS等。那為何本書選擇Fr e eRTOS呢? 要的原因就是Fr e eRTOS免費,而且全球占有量很大,很多第三方 組件廠商都選擇Fr e eRTOS作為默認操作係統,比如STM32官方庫、 TouchGFX圖 形界麵、各種 Wi F i和藍牙的協議棧等,因此本書選擇瞭Fr e eRTOS。係統的運行需 要一個平颱,本書選取ALIENTEK推齣的STM32F429阿波羅開發闆,本書所涉及 的例程都是基於此款開發闆編寫的;如果讀者使用其他類型的開發闆,則隻需要對例 程稍做修改即可。 本書特點 ? 由簡入深,從 基本的API函數使用方法講起,讓讀者對於Fr e eRTOS先有 一個基本的概念,後續章節再對Fr e eRTOS的各功能模塊進行詳細講解。 ? 對Fr e eRTOS中重要的功能模塊,比如信號量、隊列、列錶和列錶項等,進行 瞭源碼級的剖析,對其中重要的API函數源碼做瞭詳細分析。 ? 針對Fr e eRTOS的移植過程,筆者每操作一步都記錄下來編寫進本書,盡可 能保證移植過程閤理、無誤,盡量確保讀者通過參考本書的移植過程可以將Fr e eRTOS移植到任何Fr e eRTOS所支持的MCU上。 ? 對於本書中晦澀難懂的原理性知識,我們都會配有相應的圖形,采用圖文結 閤的方式加深對原理的理解。所有圖形都采用Vi s i o軟件進行繪製,保證圖 形質量,圖形配色閤理、大氣。 ? 操作係統是運行在處理器上的,因此,肯定會涉及處理器架構方麵的知識,本 書中涉及的地方都會標記齣可以參考的書籍以及章節,方便想要深入瞭解的 讀者去閱讀參考。 ? 基本上每章都有相應的練習和使用例程,通過理論加實踐的方式來加強對 Fr e eRTOS操作係統的掌握。 ? 考慮到不同讀者的C語言使用水平不同,本書涉及的例程中都沒有使用復雜 的C語言語法,基本都是 常用的語法。 使用對象 ? 使用Fr e eROTS操作係統的研發人員,或者畢業設計等需要使用Fr e eRTOS 的學生。 ? 對Fr e eRTOS感興趣、想要深入瞭解其運行原理的愛好者。 ? 學習過其他RTOS類操作係統、想要再掌握一種RTOS類操作係統的愛 好者。 軟硬件平颱 使用Fr e eRTOS肯定避免不瞭編寫、編譯程序,程序編譯完成以後肯定也需要 下載到硬件上去運行。編寫程序的IDE和運行程序的硬件平颱有很多種,本書使用 的軟硬件平颱如下: 硬件平颱: ALIENTEK推齣的STM32F429阿波羅開發闆。擁有這款開發闆的 讀者可以直接下載本書中的所有例程,無須做任何修改。ALIENTEK有多款 STM32開發闆,包括STM32F103、 STM32F407、 STM32F429和STM32F767,本書 所有例程都有這些開發闆的對應版本,擁有這些開發闆的讀者可以直接下載對應的 例程。使用其他開發闆的讀者也不用著急,本書例程操作的都是STM32 基本的 外設,比如串口、定時器、 I /O等,隻須稍做修改就可以將例程在自己的開發闆上運行 起來。 IDE開發工具: Ke i l公司的MDK5. 22。 Fr e eRTOS版本: V9. 0. 0版本的Fr e eRTOS。 STM32庫: ST 新推齣的HAL庫,版本為V1. 4. 2。 參考資料 本書編寫過程中參考過很多資料,但是 有用的就隻有那幾份文檔和書籍,首推 的就是Fr e eRTOS官方的兩份文檔:《 Fr e eRTOS_Re f e r enc e_Manua l_V9. 0. 0》和《Ma s t e r i ng_t he _Fr e eRTOS_Re a l _Time _Ke rne l A_Hands On_Tu t o r i a l _Gu i de》, 讀者可以在Fr e eRTOS官網下載。另外,涉及Co r t ex M內核的時候推薦讀者參考《 ARMCo r t ex M3與Co r t ex M4 威指南(第3版)》,此書對Co r t ex M3/M4內 核做瞭詳細講解。本書重點講解Fr e eROTS的原理和使用,不會對STM32的使用 做過多講解,這方麵的資料可以參考ALIENTEK推齣的精通STM32F4係列叢書 和ST官方的參考手冊、數據手冊等。 配套資料 本書配套資料包括視頻教程、文檔教程、各個例程的源碼及相關參考資料,所有 資料均可在開源電子網免費下載,網址為www. openedv. c om。 感 謝 本書獲得瞭ALIENTEK公司的大力支持,它為本書的編寫提供瞭很多便利條 件,並且給予瞭大量的建議。衷心感謝劉軍、張洋、劉勇財、周莉、劉海濤、李振勇、黃 樹乾、吳振陽、彭立峰、羅建等人的審稿,感謝開源電子網廣大網友對本書提齣的 建議。 由於編者水平有限,加之時間倉促,難免會有錯誤和不足之處,希望廣大讀者能 夠提齣寶貴意見。如果發現有錯誤的地方可以發郵件到郵箱: zuo zhaongka i@ ou t l ook. c om,或者在論壇ww. openedv. com上留言。

左忠凱 2017年5月

《嵌入式係統實時操作係統設計與實踐——基於ARM Cortex-M係列微控製器》 內容簡介： 本書旨在深入剖析嵌入式係統中實時操作係統（RTOS）的核心概念、設計原理與實際應用開發。特彆聚焦於廣泛應用於各類嵌入式設備中的ARM Cortex-M係列微控製器，為讀者提供一套全麵、係統的RTOS學習與實踐指南。本書不局限於某一特定RTOS的源碼實現，而是從RTOS的普遍性原理齣發，強調通用性的概念和方法，以便讀者能夠靈活遷移到不同的RTOS平颱，並深入理解RTOS的底層機製，從而更好地進行係統設計與性能優化。 核心內容： 第一部分：實時操作係統基礎理論 實時性的概念與挑戰： 詳細闡述實時係統的定義，區分硬實時與軟實時，探討實時係統設計麵臨的挑戰，如確定性、響應時間、資源約束等。介紹實時係統與通用操作係統的本質區彆，以及RTOS在嵌入式領域不可替代的地位。 任務管理： 任務（綫程）的生命周期： 深入解析任務的創建、就緒、運行、阻塞（等待）、終止等各個狀態及其轉換機製。 任務調度器： 詳解各種常見的任務調度算法，包括優先級調度（靜態優先級、動態優先級）、時間片輪轉調度、輪詢調度、先到先服務（FCFS）等。著重分析不同調度算法的優缺點，以及在不同應用場景下的適用性。 任務優先級設置與管理： 講解優先級反轉、優先級繼承、優先級天花闆等解決優先級衝突的策略，以及如何根據應用需求閤理設置任務優先級。 上下文切換： 詳細描述CPU上下文（寄存器、堆棧指針、程序計數器等）的保存與恢復過程，以及上下文切換對係統性能的影響。 進程間通信（IPC）： 共享內存： 介紹通過共享內存進行數據交換的機製，以及並發訪問時可能齣現的競態條件和同步問題。 消息隊列： 講解消息隊列的工作原理，包括消息的發送、接收、阻塞、非阻塞操作，以及如何用於任務間傳遞任意類型的數據。 信號量： 深入解析二值信號量和計數信號量的作用，以及它們在資源互斥、事件通知、任務同步等方麵的應用。 互斥鎖： 闡述互斥鎖（Mutex）的機製，用於保護共享資源的獨占訪問，並與信號量進行對比分析。 事件標誌組： 介紹事件標誌組如何實現任務對多個事件的等待與通知，提高並發處理的靈活性。 同步機製： 原子操作： 講解硬件支持的原子操作，以及它們在實現簡單同步原語時的作用。 臨界區： 介紹如何通過禁用中斷或使用互斥鎖來定義臨界區，確保在訪問共享資源時不會被其他任務打斷。 條件變量： 解釋條件變量如何與互斥鎖配閤使用，實現基於特定條件的任務喚醒。 內存管理： 靜態內存分配： 討論固定大小內存池的設計與應用，以及其在避免堆內存碎片、提高訪問速度方麵的優勢。 動態內存分配： 介紹RTOS提供的動態內存管理機製，包括內存池的實現方式、內存分配與釋放的流程，以及內存碎片化問題及其解決方案。 中斷處理與異常管理： 中斷嚮量錶與中斷服務例程（ISR）： 講解中斷的産生、中斷嚮量錶的查找、中斷服務例程的執行流程。 中斷與任務的交互： 探討ISR如何通過信號量、事件標誌等機製與任務進行通信，以及ISR中應遵循的原則（盡可能短，不進行耗時操作）。 異常處理： 介紹CPU異常（如總綫錯誤、非法指令）的産生機製，以及異常嚮量錶和異常處理程序的配置。 定時器與時鍾管理： 係統時鍾源： 介紹微控製器中時鍾源的配置，以及係統節拍（Tick）的作用。 軟件定時器： 講解軟件定時器的原理，包括周期性定時器和一次性定時器，以及它們在實現延時、周期性任務喚醒等方麵的應用。 第二部分：ARM Cortex-M係列微控製器與RTOS集成 ARM Cortex-M架構概述： 處理器核心特性： 介紹Cortex-M係列（如M0, M3, M4, M7）的關鍵特性，如Thumb指令集、低功耗設計、嵌套嚮量中斷控製器（NVIC）、內存保護單元（MPU）等。 寄存器與內存模型： 講解Cortex-M的通用寄存器、程序計數器、堆棧指針、狀態寄存器等，以及內存映射和地址空間。 總綫接口： 簡要介紹AHB/APB總綫及其在連接外設上的作用。 NVIC（嵌套嚮量中斷控製器）詳解： 中斷分組與優先級： 深入講解NVIC的中斷分組、中斷優先級配置，以及中斷嵌套的工作機製。 中斷使能與觸發： 闡述如何使能和配置外部中斷源，以及中斷觸發方式（邊沿觸發、電平觸發）。 PendSV與SysTick： 重點解析SVC（Supervisor Call）用於觸發軟件中斷，PendSV用於實現任務切換的機製，以及SysTick定時器作為係統節拍源的重要性。 調試與跟蹤： JTAG/SWD接口： 介紹JTAG和SWD調試接口的工作原理，以及如何連接硬件調試器（如J-Link, ST-Link）。 斷點設置與單步執行： 講解在IDE中如何設置斷點、單步執行代碼、觀察變量和內存。 邏輯分析儀與示波器： 介紹如何利用邏輯分析儀和示波器觀測信號變化，輔助RTOS行為的分析。 RTOS感知調試： 探討一些高級調試工具如何感知RTOS的任務狀態、堆棧使用情況、IPC對象等。 微控製器外設與RTOS結閤： GPIO接口： 如何通過RTOS的任務控製LED、讀取按鍵輸入。 UART通信： 講解如何使用RTOS的IPC機製，在任務之間傳遞接收到的UART數據，或將數據發送齣去。 ADC/DAC： 如何創建任務周期性地采集ADC數據，並通過DAC輸齣控製電壓。 定時器/PWM： 如何利用硬件定時器生成PWM信號，或作為RTOS軟件定時器的底層支持。 DMA（直接內存訪問）： 介紹DMA在不占用CPU資源的情況下，實現外設與內存之間高效數據傳輸的技術，以及如何與RTOS結閤以提高係統吞吐量。 第三部分：實際應用開發與案例分析 RTOS在嵌入式項目中的選型與設計： 項目需求分析： 如何根據項目的功能需求、性能要求、功耗限製、開發資源等因素，選擇閤適的RTOS。 係統架構設計： 講解如何將RTOS引入係統設計，劃分任務，確定任務間的通信和同步方式，設計良好的軟件模塊。 資源管理策略： 討論如何在資源受限的嵌入式係統中進行有效的內存、CPU、外設資源管理。 常用嵌入式應用場景分析： 傳感器數據采集與處理： 設計多任務係統，一個任務負責采集傳感器數據，另一個任務進行濾波和分析，再由一個任務通過通信接口上傳。 通信協議棧實現： 構建一個多任務的通信係統，如TCP/IP或CAN總綫通信，涉及數據發送、接收、解析等多個環節。 電機控製係統： 結閤PID算法，設計高精度、實時響應的電機控製係統，任務間需要高效的定時與同步。 用戶界麵（UI）開發： 針對嵌入式設備上的GUI，如何使用RTOS管理UI綫程、事件響應以及與後颱任務的交互。 低功耗設計： 講解如何利用RTOS的休眠模式、任務優先級調整、設備電源管理等策略，實現低功耗嵌入式係統。 性能優化與可靠性提升： CPU占用率分析： 如何通過RTOS提供的工具或自定義計數，分析和優化各任務的CPU占用率。 堆棧溢齣檢測： 講解堆棧溢齣的危害，以及如何進行檢測和預防，如設置堆棧監視。 死鎖與活鎖的排查： 分析造成死鎖和活鎖的原因，並提供排查和避免的方法。 異常恢復機製： 設計健壯的異常處理和故障恢復策略，提高係統的魯棒性。 適用讀者： 嵌入式係統工程師 對實時操作係統感興趣的軟件開發人員 學習ARM Cortex-M微控製器開發的初學者 希望深入理解嵌入式係統底層運行機製的學生及研究人員 本書的編寫風格力求嚴謹、清晰，理論與實踐相結閤。通過大量的圖示、代碼片段和詳細的解釋，幫助讀者建立起堅實的RTOS理論基礎，掌握在ARM Cortex-M平颱上進行RTOS應用開發的實踐技能，從而能夠獨立完成復雜的嵌入式實時係統項目。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我第一個想到的是“STM32”這個關鍵詞。STM32係列微控製器憑藉其高性能和豐富的外設，已經成為嵌入式開發領域的寵兒。而FreeRTOS與STM32的結閤，更是為復雜的嵌入式應用開發提供瞭強大的支撐。我非常期待這本書能夠詳細介紹如何在STM32平颱上移植和配置FreeRTOS，以及如何利用STM32特有的硬件資源來優化FreeRTOS的性能。例如，如何利用STM32的DMA功能來高效地處理數據傳輸，或者如何利用其定時器來實現精確的時間控製。此外，我也關注書中是否會涉及一些STM32特有的RTOS相關庫函數或中間件，以及如何將它們與FreeRTOS有機地結閤起來。總之，我希望這本書能夠成為我進行STM32上FreeRTOS開發的“寶典”，讓我在硬件和軟件層麵都能夠得心應手。

評分☆☆☆☆☆

說實話，閱讀技術書籍有時候會有一種“紙上談兵”的感覺，特彆是當講解過於理論化的時候。這本書的標題裏包含瞭“編程教程”，這讓我看到瞭它實用性的一麵。我希望它不僅僅是介紹FreeRTOS的概念和源碼，更重要的是能夠提供一套完整的、可執行的編程指南。從最基礎的“Hello, World!”級彆的例子，到構建一個能夠應對實際需求的復雜係統，我希望這本書能夠循序漸進地引導我完成整個過程。我非常期待書中能有大量的代碼示例，而且這些代碼需要是清晰、簡潔、可運行的，並且有詳細的注釋來解釋每一行代碼的作用。同時，我也希望書中能夠包含一些關於代碼調試、性能優化以及軟件工程的最佳實踐，幫助我養成良好的編程習慣，寫齣高質量的FreeRTOS應用代碼。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當吸引人，現代感十足，而且“包郵”這個詞在當今信息爆炸的時代，無疑增加瞭不少親切感和實用價值。我一直對嵌入式開發抱有濃厚的興趣，而FreeRTOS作為一款廣泛應用的實時操作係統，其重要性不言而喻。然而，在實際的學習過程中，我常常會遇到一些瓶頸，比如對源碼的理解不夠深入，導緻在實際應用開發中遇到問題時，難以找到根源並有效解決。我希望這本書能夠提供一個全新的視角，不僅僅是停留在API的使用層麵，更能深入到FreeRTOS的內核機製，幫助我理解其任務調度、信號量、隊列等核心概念的底層實現。例如，在編寫多任務程序時，如何更有效地利用FreeRTOS提供的機製來避免競態條件和死鎖，這正是我迫切需要學習的。我非常期待這本書能在理論講解和實際代碼演示之間找到一個完美的平衡點，讓我在學習過程中既能掌握理論精髓，又能快速上手實踐，將所學知識轉化為實際的開發能力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名初涉嵌入式領域的開發者，FreeRTOS對我來說既是機遇也是挑戰。市麵上關於FreeRTOS的書籍不少，但真正能夠做到深入淺齣、理論聯係實際的卻不多。我希望這本書能夠彌補我在這方麵的知識空白，幫助我建立起對FreeRTOS堅實的基礎。我尤其看重“應用開發”這一部分，這意味著它不會停留在理論層麵，而是會提供實際的項目案例，指導我如何將FreeRTOS應用於實際的嵌入式産品開發中。例如，如何利用FreeRTOS實現一個簡單的傳感器數據采集係統，或者如何構建一個具有網絡通信功能的智能設備。這些具體的應用場景，能夠讓我更好地理解FreeRTOS的強大之處，並激發我更多的創新靈感。我也希望書中能夠分享一些在實際開發過程中可能遇到的常見問題和解決方案，讓我少走彎路，更快地掌握FreeRTOS的開發技巧。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，嵌入式開發都給我一種“高冷”的感覺，尤其是涉及到操作係統內核的內容，總覺得晦澀難懂。這本書的標題中“源碼詳解”四個字，瞬間就點燃瞭我嘗試深入理解FreeRTOS的決心。我希望它不僅僅是照搬源碼，而是能夠用通俗易懂的語言，結閤生動的比喻和圖示，將FreeRTOS的源碼邏輯一點點剖析開來。我特彆關注那些關鍵的調度算法，比如優先級調度、時間片輪轉等等，它們是如何在源碼層麵實現的，又是如何影響著係統的實時性的。此外，對於中斷處理機製，我也充滿好奇。在嵌入式係統中，中斷是事件驅動的關鍵，理解FreeRTOS如何優雅地處理中斷，以及如何與RTOS的任務進行交互，是我一直想要弄明白的問題。如果這本書能夠提供一些源碼調試的技巧，或者指導我如何通過調試來觀察FreeRTOS的運行狀態，那將是一筆巨大的財富，能極大地提升我的學習效率。