我计划用一些篇幅写介绍下当前在嵌入式系统中比较流行的开源实时操作系统FreeRTOS及其在意法半导体STM32平台上的开发与运用。在当前工业4.0，智能制造和物联网蓬勃发展的大环境下，实时操作系统将有更广泛的应用前景。“从入门到精通”这个标题起得可能有些大，更多的是想起到抛砖引玉的作用，与读者和嵌入式行业的同僚能互相切磋交流。
作为开篇我想先简单介绍下实时操作系统的概念以及我们为什么要在资源紧张的嵌入式系统中使用实时操作系统。
什么是实时操作系统（RTOS--Real Time Operating System）
实时指的是任务(Task)必须在给定的时间(Deadline)内完成。业界总有种误解认为如果堆砌更多的处理器核心数目，更大的内存，更快的总线速度系统就能一定达到实时性的表现。但是强大的计算能力并不能保证系统的实时性。举一个简单例子比如汽车中的安全气囊，在传感器检测到汽车发生碰撞后，安全气囊需要在30ms内完全打开，不然司机和乘客的人身安全将受到极大的威胁。即使车载ECU有很强大的计算能力，但是如果因为要执行其他复杂计算任务或者任务调度的问题导致对汽车状态的监测和安全气囊的响应时间超过规定的时间，实时性无法得到保障系统仍将会失效，这将会是非常严重的系统问题。再举个例子比如特斯拉的车载系统：车机系统采用的是Linux系统，而汽车的驱动模块和刹车模块使用的是各自独自的系统。整个娱乐系统，触摸屏以及智能驾驶系统，都与汽车的驱动完全分开，确保了系统的实时性。
一些其它的实时任务包括导弹的制导，无人驾驶等。为了保障这些实时任务能在给定的时间内完成，需要一个实时系统对这些任务进行调度和管理。一个实时操作系统能尽力保障每个任务能在一个已知的最大运行时间(Maximum Response Time)内完成，包括
- 对中断和内部异常的处理
- 对安全相关的事件的处理
- 任务调度机制等
目前比较流行的实时操作系统包括黑莓QNX，FreeRTOS，uCOS，RT-Thread等。腾讯最近发布和开源了TencentOS tiny，这是一个面向物联网的实时操作系统，未来可期。华为也推出了鸿蒙LiteOS。说句题外话，和实时操作系统(Real Time Operating System)相对应的是通用操作系统(General Purpose Operating System)。通用操作系统包括Linux，Windows，MAC等主流的操作系统。这些操作系统大家每天都在使用，功能也十分强大，只是它们有时为了保障系统的流畅运行，就不能保证每个程序都能实时响应，在易用性和实时性之间有所取舍。在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，从而更好地保证系统的实时性和可靠性。
FreeRTOS的介绍
FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。作为一个轻量级的操作系统，功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等，可基本满足较小系统的需要。由于RTOS需占用一定的系统资源(尤其是RAM资源)，只有μC/OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少数实时操作系统能在小RAM单片机上运行。相对μC/OS-II、embOS等商业操作系统，FreeRTOS操作系统是 完全免费的操作系统，具有 源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植到各种单片机上运行。
--百度百科
FreeRTOS的官网地址是FreeRTOS - Market leading RTOS (Real Time Operating System) for embedded systems with Internet of Things extensions
官网上会有关于FreeRTOS的最新新闻和技术文档，如果大家吃透了FreeRTOS的技术文档的话，其实也就不需要读我的文章了哈哈。
我将在下篇文章中简单介绍下FreeRTOS的移植要点。但对使用STM32平台的童鞋们来说使用FreeRTOS非常方便，因为它被集成到了STM32的开发环境当中。
如上图所示，强烈安利使用STM32CubeIDE进行项目的开发。通过举手之间的配置，FreeRTOS就被部署到了项目中去。在项目结构中中间件（Middlewares）你可以看到FreeRTOS这个文件。
还有一点要说明的事情，STM的开发包括寄存器开发，标准库文件开发，还有HAL库开发。本系列教程将统一采用HAL库，这是一个痛苦的选择，但是因为意法半导体(ST)已经停止对标准库文件的维护和开发，为了与时俱和移植性便利性选择了HAL库。HAL库的原理和标准库大同小异，所以学起来其实并不会太累，只是需要跳离舒适区慢慢适应，适应好之后也就学会了屠龙之术。
