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店铺： 兰兴达图书专营店

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512423954

商品编码：13699623658

reeRTOS源码详解与应用开发—基于STM32

  ，， 著

59.00

 

 

FreeRTOS源码详解与应用开发—基于STM32

本书辅以大量的例程,全面讲解了Fr e eRTOS的原理以及源码,主要内容包括任务管理和任 务调度、系统裁减和配置、时间管理、队列、信号量、软件定时器、事件标志组、任务通知、低功耗 Ti ck l e s s模式、空闲任务以及内存管理等。同时,本书配有大量的图例,对于想要深入学习RTOS 类系统原理的人来说是一个不错的选择。 本书配套资料包括视频教程、文档教程、各个例程的源码及相关参考资料,所有资料均可在开 源电子网(网址为www. openedv. c om)免费下载。 本书适合那些想要学习Fr e eRTOS的初学者,也可作为高等院校计算机、电子技术、自动化、 嵌入式等相关专业的教材。

背景知识 近年来微处理器的性能呈爆炸式增长,尤其是在ARM公司发布了Co r t ex M 内核以后,全球很多大型半导体厂商都推出了基于Co r t ex M内核的MCU。以ST (意法半导体)为例,先后推出了STM32F1、 STM32F4、 STM32F7 近刚推出的 STM32H7,其性能已经远超曾经的ARM7,甚至已经超过了大多数的ARM9处理 器。强大的性能意味着复杂的功能、复杂的应用,随着应用中所需功能的增多,裸机 开发越来越吃力,应用中各功能模块的管理遇到了前所未有的挑战。这时候,一个科 学的、合理的模块化管理方法显得尤为重要,而这个正是操作系统的基本功能,即任 务管理。 提起操作系统,大多数人的第 反应应该是 Wi ndows、 L i nux、And r o i d和IOS 等这些常用的大型操作系统。很不幸的是,对于Co r t ex M这种级别的MCU来讲, 这些系统一个都用不了,它们有自己专用的操作系统,叫RTOS类操作系统。RTOS 是Re a lTimeOpe r a t i ngSys t em的缩写,也就是实时操作系统。RTOS类操作系统 有很多,如μC/OSI I / I I I、 RTX、 RT Thr e ad、 Fr e eRTOS等。那为何本书选择Fr e eRTOS呢? 要的原因就是Fr e eRTOS免费,而且全球占有量很大,很多第三方 组件厂商都选择Fr e eRTOS作为默认操作系统,比如STM32官方库、 TouchGFX图 形界面、各种 Wi F i和蓝牙的协议栈等,因此本书选择了Fr e eRTOS。系统的运行需 要一个平台,本书选取ALIENTEK推出的STM32F429阿波罗开发板,本书所涉及 的例程都是基于此款开发板编写的;如果读者使用其他类型的开发板,则只需要对例 程稍做修改即可。 本书特点 ? 由简入深,从 基本的API函数使用方法讲起,让读者对于Fr e eRTOS先有 一个基本的概念,后续章节再对Fr e eRTOS的各功能模块进行详细讲解。 ? 对Fr e eRTOS中重要的功能模块,比如信号量、队列、列表和列表项等,进行 了源码级的剖析,对其中重要的API函数源码做了详细分析。 ? 针对Fr e eRTOS的移植过程,笔者每操作一步都记录下来编写进本书,尽可 能保证移植过程合理、无误,尽量确保读者通过参考本书的移植过程可以将Fr e eRTOS移植到任何Fr e eRTOS所支持的MCU上。 ? 对于本书中晦涩难懂的原理性知识,我们都会配有相应的图形,采用图文结 合的方式加深对原理的理解。所有图形都采用Vi s i o软件进行绘制,保证图 形质量,图形配色合理、大气。 ? 操作系统是运行在处理器上的,因此,肯定会涉及处理器架构方面的知识,本 书中涉及的地方都会标记出可以参考的书籍以及章节,方便想要深入了解的 读者去阅读参考。 ? 基本上每章都有相应的练习和使用例程,通过理论加实践的方式来加强对 Fr e eRTOS操作系统的掌握。 ? 考虑到不同读者的C语言使用水平不同,本书涉及的例程中都没有使用复杂 的C语言语法,基本都是 常用的语法。 使用对象 ? 使用Fr e eROTS操作系统的研发人员,或者毕业设计等需要使用Fr e eRTOS 的学生。 ? 对Fr e eRTOS感兴趣、想要深入了解其运行原理的爱好者。 ? 学习过其他RTOS类操作系统、想要再掌握一种RTOS类操作系统的爱 好者。 软硬件平台 使用Fr e eRTOS肯定避免不了编写、编译程序,程序编译完成以后肯定也需要 下载到硬件上去运行。编写程序的IDE和运行程序的硬件平台有很多种,本书使用 的软硬件平台如下: 硬件平台: ALIENTEK推出的STM32F429阿波罗开发板。拥有这款开发板的 读者可以直接下载本书中的所有例程,无须做任何修改。ALIENTEK有多款 STM32开发板,包括STM32F103、 STM32F407、 STM32F429和STM32F767,本书 所有例程都有这些开发板的对应版本,拥有这些开发板的读者可以直接下载对应的 例程。使用其他开发板的读者也不用着急,本书例程操作的都是STM32 基本的 外设,比如串口、定时器、 I /O等,只须稍做修改就可以将例程在自己的开发板上运行 起来。 IDE开发工具: Ke i l公司的MDK5. 22。 Fr e eRTOS版本: V9. 0. 0版本的Fr e eRTOS。 STM32库: ST 新推出的HAL库,版本为V1. 4. 2。 参考资料 本书编写过程中参考过很多资料,但是 有用的就只有那几份文档和书籍,首推 的就是Fr e eRTOS官方的两份文档:《 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》, 读者可以在Fr e eRTOS官网下载。另外,涉及Co r t ex M内核的时候推荐读者参考《 ARMCo r t ex M3与Co r t ex M4 威指南(第3版)》,此书对Co r t ex M3/M4内 核做了详细讲解。本书重点讲解Fr e eROTS的原理和使用,不会对STM32的使用 做过多讲解,这方面的资料可以参考ALIENTEK推出的精通STM32F4系列丛书 和ST官方的参考手册、数据手册等。 配套资料 本书配套资料包括视频教程、文档教程、各个例程的源码及相关参考资料,所有 资料均可在开源电子网免费下载,网址为www. openedv. c om。 感 谢 本书获得了ALIENTEK公司的大力支持,它为本书的编写提供了很多便利条 件,并且给予了大量的建议。衷心感谢刘军、张洋、刘勇财、周莉、刘海涛、李振勇、黄 树乾、吴振阳、彭立峰、罗建等人的审稿,感谢开源电子网广大网友对本书提出的 建议。 由于编者水平有限,加之时间仓促,难免会有错误和不足之处,希望广大读者能 够提出宝贵意见。如果发现有错误的地方可以发邮件到邮箱: zuo zhaongka i@ ou t l ook. c om,或者在论坛ww. openedv. com上留言。

左忠凯 2017年5月

《嵌入式系统实时操作系统设计与实践——基于ARM Cortex-M系列微控制器》 内容简介： 本书旨在深入剖析嵌入式系统中实时操作系统（RTOS）的核心概念、设计原理与实际应用开发。特别聚焦于广泛应用于各类嵌入式设备中的ARM Cortex-M系列微控制器，为读者提供一套全面、系统的RTOS学习与实践指南。本书不局限于某一特定RTOS的源码实现，而是从RTOS的普遍性原理出发，强调通用性的概念和方法，以便读者能够灵活迁移到不同的RTOS平台，并深入理解RTOS的底层机制，从而更好地进行系统设计与性能优化。 核心内容： 第一部分：实时操作系统基础理论 实时性的概念与挑战： 详细阐述实时系统的定义，区分硬实时与软实时，探讨实时系统设计面临的挑战，如确定性、响应时间、资源约束等。介绍实时系统与通用操作系统的本质区别，以及RTOS在嵌入式领域不可替代的地位。 任务管理： 任务（线程）的生命周期： 深入解析任务的创建、就绪、运行、阻塞（等待）、终止等各个状态及其转换机制。 任务调度器： 详解各种常见的任务调度算法，包括优先级调度（静态优先级、动态优先级）、时间片轮转调度、轮询调度、先到先服务（FCFS）等。着重分析不同调度算法的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。 任务优先级设置与管理： 讲解优先级反转、优先级继承、优先级天花板等解决优先级冲突的策略，以及如何根据应用需求合理设置任务优先级。 上下文切换： 详细描述CPU上下文（寄存器、堆栈指针、程序计数器等）的保存与恢复过程，以及上下文切换对系统性能的影响。 进程间通信（IPC）： 共享内存： 介绍通过共享内存进行数据交换的机制，以及并发访问时可能出现的竞态条件和同步问题。 消息队列： 讲解消息队列的工作原理，包括消息的发送、接收、阻塞、非阻塞操作，以及如何用于任务间传递任意类型的数据。 信号量： 深入解析二值信号量和计数信号量的作用，以及它们在资源互斥、事件通知、任务同步等方面的应用。 互斥锁： 阐述互斥锁（Mutex）的机制，用于保护共享资源的独占访问，并与信号量进行对比分析。 事件标志组： 介绍事件标志组如何实现任务对多个事件的等待与通知，提高并发处理的灵活性。 同步机制： 原子操作： 讲解硬件支持的原子操作，以及它们在实现简单同步原语时的作用。 临界区： 介绍如何通过禁用中断或使用互斥锁来定义临界区，确保在访问共享资源时不会被其他任务打断。 条件变量： 解释条件变量如何与互斥锁配合使用，实现基于特定条件的任务唤醒。 内存管理： 静态内存分配： 讨论固定大小内存池的设计与应用，以及其在避免堆内存碎片、提高访问速度方面的优势。 动态内存分配： 介绍RTOS提供的动态内存管理机制，包括内存池的实现方式、内存分配与释放的流程，以及内存碎片化问题及其解决方案。 中断处理与异常管理： 中断向量表与中断服务例程（ISR）： 讲解中断的产生、中断向量表的查找、中断服务例程的执行流程。 中断与任务的交互： 探讨ISR如何通过信号量、事件标志等机制与任务进行通信，以及ISR中应遵循的原则（尽可能短，不进行耗时操作）。 异常处理： 介绍CPU异常（如总线错误、非法指令）的产生机制，以及异常向量表和异常处理程序的配置。 定时器与时钟管理： 系统时钟源： 介绍微控制器中时钟源的配置，以及系统节拍（Tick）的作用。 软件定时器： 讲解软件定时器的原理，包括周期性定时器和一次性定时器，以及它们在实现延时、周期性任务唤醒等方面的应用。 第二部分：ARM Cortex-M系列微控制器与RTOS集成 ARM Cortex-M架构概述： 处理器核心特性： 介绍Cortex-M系列（如M0, M3, M4, M7）的关键特性，如Thumb指令集、低功耗设计、嵌套向量中断控制器（NVIC）、内存保护单元（MPU）等。 寄存器与内存模型： 讲解Cortex-M的通用寄存器、程序计数器、堆栈指针、状态寄存器等，以及内存映射和地址空间。 总线接口： 简要介绍AHB/APB总线及其在连接外设上的作用。 NVIC（嵌套向量中断控制器）详解： 中断分组与优先级： 深入讲解NVIC的中断分组、中断优先级配置，以及中断嵌套的工作机制。 中断使能与触发： 阐述如何使能和配置外部中断源，以及中断触发方式（边沿触发、电平触发）。 PendSV与SysTick： 重点解析SVC（Supervisor Call）用于触发软件中断，PendSV用于实现任务切换的机制，以及SysTick定时器作为系统节拍源的重要性。 调试与跟踪： JTAG/SWD接口： 介绍JTAG和SWD调试接口的工作原理，以及如何连接硬件调试器（如J-Link, ST-Link）。 断点设置与单步执行： 讲解在IDE中如何设置断点、单步执行代码、观察变量和内存。 逻辑分析仪与示波器： 介绍如何利用逻辑分析仪和示波器观测信号变化，辅助RTOS行为的分析。 RTOS感知调试： 探讨一些高级调试工具如何感知RTOS的任务状态、堆栈使用情况、IPC对象等。 微控制器外设与RTOS结合： GPIO接口： 如何通过RTOS的任务控制LED、读取按键输入。 UART通信： 讲解如何使用RTOS的IPC机制，在任务之间传递接收到的UART数据，或将数据发送出去。 ADC/DAC： 如何创建任务周期性地采集ADC数据，并通过DAC输出控制电压。 定时器/PWM： 如何利用硬件定时器生成PWM信号，或作为RTOS软件定时器的底层支持。 DMA（直接内存访问）： 介绍DMA在不占用CPU资源的情况下，实现外设与内存之间高效数据传输的技术，以及如何与RTOS结合以提高系统吞吐量。 第三部分：实际应用开发与案例分析 RTOS在嵌入式项目中的选型与设计： 项目需求分析： 如何根据项目的功能需求、性能要求、功耗限制、开发资源等因素，选择合适的RTOS。 系统架构设计： 讲解如何将RTOS引入系统设计，划分任务，确定任务间的通信和同步方式，设计良好的软件模块。 资源管理策略： 讨论如何在资源受限的嵌入式系统中进行有效的内存、CPU、外设资源管理。 常用嵌入式应用场景分析： 传感器数据采集与处理： 设计多任务系统，一个任务负责采集传感器数据，另一个任务进行滤波和分析，再由一个任务通过通信接口上传。 通信协议栈实现： 构建一个多任务的通信系统，如TCP/IP或CAN总线通信，涉及数据发送、接收、解析等多个环节。 电机控制系统： 结合PID算法，设计高精度、实时响应的电机控制系统，任务间需要高效的定时与同步。 用户界面（UI）开发： 针对嵌入式设备上的GUI，如何使用RTOS管理UI线程、事件响应以及与后台任务的交互。 低功耗设计： 讲解如何利用RTOS的休眠模式、任务优先级调整、设备电源管理等策略，实现低功耗嵌入式系统。 性能优化与可靠性提升： CPU占用率分析： 如何通过RTOS提供的工具或自定义计数，分析和优化各任务的CPU占用率。 堆栈溢出检测： 讲解堆栈溢出的危害，以及如何进行检测和预防，如设置堆栈监视。 死锁与活锁的排查： 分析造成死锁和活锁的原因，并提供排查和避免的方法。 异常恢复机制： 设计健壮的异常处理和故障恢复策略，提高系统的鲁棒性。 适用读者： 嵌入式系统工程师 对实时操作系统感兴趣的软件开发人员 学习ARM Cortex-M微控制器开发的初学者 希望深入理解嵌入式系统底层运行机制的学生及研究人员 本书的编写风格力求严谨、清晰，理论与实践相结合。通过大量的图示、代码片段和详细的解释，帮助读者建立起坚实的RTOS理论基础，掌握在ARM Cortex-M平台上进行RTOS应用开发的实践技能，从而能够独立完成复杂的嵌入式实时系统项目。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当吸引人，现代感十足，而且“包邮”这个词在当今信息爆炸的时代，无疑增加了不少亲切感和实用价值。我一直对嵌入式开发抱有浓厚的兴趣，而FreeRTOS作为一款广泛应用的实时操作系统，其重要性不言而喻。然而，在实际的学习过程中，我常常会遇到一些瓶颈，比如对源码的理解不够深入，导致在实际应用开发中遇到问题时，难以找到根源并有效解决。我希望这本书能够提供一个全新的视角，不仅仅是停留在API的使用层面，更能深入到FreeRTOS的内核机制，帮助我理解其任务调度、信号量、队列等核心概念的底层实现。例如，在编写多任务程序时，如何更有效地利用FreeRTOS提供的机制来避免竞态条件和死锁，这正是我迫切需要学习的。我非常期待这本书能在理论讲解和实际代码演示之间找到一个完美的平衡点，让我在学习过程中既能掌握理论精髓，又能快速上手实践，将所学知识转化为实际的开发能力。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我第一个想到的是“STM32”这个关键词。STM32系列微控制器凭借其高性能和丰富的外设，已经成为嵌入式开发领域的宠儿。而FreeRTOS与STM32的结合，更是为复杂的嵌入式应用开发提供了强大的支撑。我非常期待这本书能够详细介绍如何在STM32平台上移植和配置FreeRTOS，以及如何利用STM32特有的硬件资源来优化FreeRTOS的性能。例如，如何利用STM32的DMA功能来高效地处理数据传输，或者如何利用其定时器来实现精确的时间控制。此外，我也关注书中是否会涉及一些STM32特有的RTOS相关库函数或中间件，以及如何将它们与FreeRTOS有机地结合起来。总之，我希望这本书能够成为我进行STM32上FreeRTOS开发的“宝典”，让我在硬件和软件层面都能够得心应手。

评分☆☆☆☆☆

说实话，阅读技术书籍有时候会有一种“纸上谈兵”的感觉，特别是当讲解过于理论化的时候。这本书的标题里包含了“编程教程”，这让我看到了它实用性的一面。我希望它不仅仅是介绍FreeRTOS的概念和源码，更重要的是能够提供一套完整的、可执行的编程指南。从最基础的“Hello, World!”级别的例子，到构建一个能够应对实际需求的复杂系统，我希望这本书能够循序渐进地引导我完成整个过程。我非常期待书中能有大量的代码示例，而且这些代码需要是清晰、简洁、可运行的，并且有详细的注释来解释每一行代码的作用。同时，我也希望书中能够包含一些关于代码调试、性能优化以及软件工程的最佳实践，帮助我养成良好的编程习惯，写出高质量的FreeRTOS应用代码。

评分☆☆☆☆☆

作为一名初涉嵌入式领域的开发者，FreeRTOS对我来说既是机遇也是挑战。市面上关于FreeRTOS的书籍不少，但真正能够做到深入浅出、理论联系实际的却不多。我希望这本书能够弥补我在这方面的知识空白，帮助我建立起对FreeRTOS坚实的基础。我尤其看重“应用开发”这一部分，这意味着它不会停留在理论层面，而是会提供实际的项目案例，指导我如何将FreeRTOS应用于实际的嵌入式产品开发中。例如，如何利用FreeRTOS实现一个简单的传感器数据采集系统，或者如何构建一个具有网络通信功能的智能设备。这些具体的应用场景，能够让我更好地理解FreeRTOS的强大之处，并激发我更多的创新灵感。我也希望书中能够分享一些在实际开发过程中可能遇到的常见问题和解决方案，让我少走弯路，更快地掌握FreeRTOS的开发技巧。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，嵌入式开发都给我一种“高冷”的感觉，尤其是涉及到操作系统内核的内容，总觉得晦涩难懂。这本书的标题中“源码详解”四个字，瞬间就点燃了我尝试深入理解FreeRTOS的决心。我希望它不仅仅是照搬源码，而是能够用通俗易懂的语言，结合生动的比喻和图示，将FreeRTOS的源码逻辑一点点剖析开来。我特别关注那些关键的调度算法，比如优先级调度、时间片轮转等等，它们是如何在源码层面实现的，又是如何影响着系统的实时性的。此外，对于中断处理机制，我也充满好奇。在嵌入式系统中，中断是事件驱动的关键，理解FreeRTOS如何优雅地处理中断，以及如何与RTOS的任务进行交互，是我一直想要弄明白的问题。如果这本书能够提供一些源码调试的技巧，或者指导我如何通过调试来观察FreeRTOS的运行状态，那将是一笔巨大的财富，能极大地提升我的学习效率。