利用FreeRTOS和STM32CubeIDE，在开发板上实现一个简单的实时操作系统应用

1. 介绍

本项目利用FreeRTOS和STM32CubeIDE，在RT- thread RT- Spark开发板上实现了一个简单的实时操作系统(RTOS)应用。

单板上运行4个并发任务(线程)：

•通过AHT21传感器在LCD上显示温度

•使用电位器调整RGB LED亮度

•在LCD上显示递增计数器

•闪烁状态指示灯

LCD是在任务之间共享的，因此使用互斥锁来保护独占访问。所有任务都在无限循环中运行，并在每次更新后延迟自己，以便其他任务可以运行。

2. 硬件和软件要求

2.1硬件

•RT- thread RT- Spark开发板(基于stm32)

•板载1.3" 240×240 LCD (ST7789， FSMC/8080接口)

•1板载AHT2温湿度传感器(I²C)

•外置RGB LED

•外部电位计(连接到ADC引脚)

•板载用户LED

•Micro USB电缆，用于电源和编程

2.2软件

•STM32CubeIDE(用于ioc和C代码)

•FreeRTOS(通过STM32CubeMX / CubeIDE集成)

3. 项目概述和任务设计

该应用程序使用四个FreeRTOS任务：

1.温度显示任务

•通过I²C从AHT21传感器读取温度

•将值转换为人类可读的格式

•使用LCD互斥锁安全地将温度写入LCD

2.RGB亮度控制任务

•使用ADC读取电位器

•将ADC值映射到PWM占空比

•更新一个或多个通道的RGB LED改变亮度

3.计数器显示任务

•维护一个递增的整数计数器

•定期锁定LCD互斥锁，更新LCD上的计数器，并解锁互斥锁

4.LED闪烁任务

•以固定的间隔切换一个简单的状态LED

•用作显示RTOS正在运行的视觉心跳

主要功能：

•初始化硬件和外设

•清除LCD

•创建所有四个任务

•启动调度程序。

•可选配置低功耗/休眠模式

4. 一步- -步骤指南

4.1创建STM32CubeIDE项目

1.在STM32CubeIDE中创建一个新的STM32项目。

•文件→新建→STM32项目

•选择RT - Spark板使用的MCU(如果在板数据库中出现，则选择RT - Spark板本身)。

•给它起一个名字，比如FreeRTOS_RT_Spark_Project。

2.生成启用HAL驱动程序的基本项目。

•最初接受默认的时钟设置。

•完成向导以打开。ioc配置。

4.2.Ioc引脚和外设配置

4.2.1配置AHT20传感器I²C

1.打开.ioc文件中的Pinout & Configuration选项卡。

2. 启用I2C外设(例如，I2C1或I2C2，取决于RT - Spark原理图和文档)。

3. 设置引脚以匹配RTSpark AHT21连接：

•SCL引脚：GPIO AHT SCL(来自原理图1.3)

•SDA引脚：GPIO AHT SDA

4. 在I2C设置中：

•选择“I2C”模式

•配置速度(例如，标准模式100 kHz，除非你改变它)

添加：I²C配置和所用引脚的屏幕截图。

4.2.2配置LCD接口(FSMC/8080)

1. 使能通过8080并行接口驱动ST7789 LCD的FSMC/FMC (Flexible Static Memory Controller)。

2. 根据RT - Spark原理图(图1.1)配置数据线db0 - db7、控制线CS、DC、WR、RD和背光引脚(LCD_BL)。

3. 根据您使用的现有LCD库的要求设置相应的引脚(这应该与repo代码匹配)。

4. 确保GPIO的速度和输出类型符合LCD驱动代码的要求。

4.2.3配置RGB LED和电位器

1.RGB led (pwm)：

•选择一个TIMx定时器，并在连接到RGB LED引脚(由RTSpark板定义)的通道上启用PWM模式。

•将每个颜色通道配置为PWM输出，具有合适的频率(例如，1-10 kHz)。

•将引脚映射到RGB LED焊盘。

2.电位计(ADC):

•使能ADC外设(如ADC1)。

•选择连接到电位器的通道(请参阅文档/电路板手册)。

•根据代码的读取方式设置连续或单一转换模式。

4.2.4配置状态指示灯和其他gpio

1. 识别用于闪烁的LED引脚(板载用户LED)。

2. 在Pinout中设置为GPIO Output。

3. 配置代码所需的任何其他gpio(例如，重置引脚，背光启用等)。

4.3在STM32CubeMX中启用FreeRTOS

1. 在。iocMiddleware部分，启用FreeRTOS。

2. 选择一个与您的项目设置匹配的基本堆方案(例如，heap_4)。

3. 配置:

•每个任务的最小堆栈大小

•总堆大小(足够4个任务+其他分配)

4.4生成代码和集成库

1. 点击项目→生成代码(或按齿轮图标)，让STM32CubeIDE基于ioc生成源文件。

2. 在项目中添加/导入LCD驱动程序和AHT21传感器驱动程序：

•复制LCD驱动程序。c和。h文件到Core/Src和Core/Inc(或适当的文件夹)。

•也复制AHT21驱动程序的。c和。h文件。

•确保项目属性→C/ c++通用→路径和符号中的包含路径是正确的。

3. 将这些驱动程序包含在应用程序代码中(例如，main.c或专用的app.c)：

4.5实现互斥锁和任务

现在我们用FreeRTOS把所有的东西捆绑在一起。

4.5.1创建LCD互斥锁

在你的应用程序代码中(例如，main.c的顶部附近)：

在main()中启动调度器之前：

任何时候你访问LCD在一个任务：

4.5.2温度显示任务

伪结构(适应你现有的代码)：

4.5.3 RGB亮度任务(锅控)

4.5.4计数器显示任务

4.5.5 LED闪烁任务

4.6创建任务并启动调度程序

在硬件初始化之后和vTaskStartScheduler()之前的main()中：

4.7构建、flash和测试

1.在STM32CubeIDE中构建项目。

•修复任何缺失的包含或类型错误，使用您的repo作为参考。

2.通过USB连接RT - Spark板。

3. 选择正确的调试配置并刷新固件。

4. 复位单板，观察：

•液晶显示温度和计数器(在不同的区域或风格)。

•RGB LED亮度随着电位器的转动而变化。

•状态指示灯以正常速率闪烁。

5. 它是如何工作的(摘要)

•FreeRTOS管理四个任务，每个任务都有一个无限循环和自己的职责。

•任务通过调用vTaskDelay()来进行协作，这将产生CPU，以便其他任务可以运行。

•LCD互斥锁确保一次只有一个任务使用LCD，防止重复写入。

•AHT21传感器提供超过I²C的实时温度数据。

•电位器输入通过ADC读取并映射到PWM占空比以控制RGB亮度。

•LED闪烁任务为RTOS调度器提供了一个简单的视觉心跳。

6. 可能的改进

•你可以把这个实验扩展成一个更高级的RTOS项目：

•从AHT21添加湿度显示，并在LCD上显示温度/湿度。

•使用队列在任务之间发送数据(例如，传感器任务→显示任务)。

•添加按钮输入以更改显示模式或RGB模式。

•更积极地实现低功耗模式，并在定时器或中断时唤醒。

7. 结果和输出

本文编译自hackster.io