嵌入式系统多任务处理应用开发实战：基于ARM MCU和FreeRTOS内核 pdf下载

本书讲述了如何利用FreeRTOS多任务处理内核让ARM Cortex微控制器进行多任务处理。本书还详细讲解了多任务处理操作系统的各项特性，例如：调度、优先级、邮箱、事件标志和信号量等。本书的重要特色之一是使用非常流行的Clicker 2 for STM32开发板（你可以很轻松地换用其他型号的开发板）和FreeRTOS进行实时项目实战。这些项目包括：LED以不同频率闪烁、7段数码管的刷新显示、用不同任务控制各种传感器的移动机器人、独立控制的多个伺服电机、多任务处理的物联网项目、具有独立键盘输入的温度控制器、具有三项任务（激活、发生器和显示）的随机数发生器、家用报警系统以及泊车管理系统等等。

目　　录

译者序

前言

致谢

第1章　微型计算机系统 / 1

1.1　概述 / 1

1.2　微控制器系统 / 1

1.2.1　RAM / 4

1.2.2　ROM / 5

1.2.3　PROM / 5

1.2.4　EPROM / 5

1.2.5　EEPROM / 5

1.2.6　flash EEPROM / 5

1.3　微控制器的特点 / 6

1.3.1　供电电压 / 6

1.3.2　时钟 / 6

1.3.3　定时器 / 6

1.3.4　看门狗 / 6

1.3.5　复位输入 / 7

1.3.6　中断 / 7

1.3.7　欠电压检测器 / 7

1.3.8　模数转换器 / 7

1.3.9　串行输入/输出 / 7

1.3.10　SPI和I2C / 8

1.3.11　LCD驱动器 / 8

1.3.12　模拟比较器 / 8

1.3.13　实时时钟 / 8

1.3.14　睡眠模式 / 8

1.3.15　上电复位 / 8

1.3.16　低功率运行 / 9

1.3.17　灌电流/拉电流能力 / 9

1.3.18　USB接口 / 9

1.3.19　CAN接口 / 9

1.3.20　以太网接口 / 9

1.3.21　Wi-Fi和蓝牙接口 / 9

1.4　微控制器架构 / 9

1.5　小结 / 10

拓展阅读 / 10

第2章　ARM微控制器架构 / 11

2.1　概述 / 11

2.2　ARM微控制器 / 11

2.2.1　Cortex-M / 13

2.2.2　Cortex-R / 14

2.2.3　Cortex-A / 14

2.2.4　Cortex-M处理器对比 / 14

2.2.5　Cortex-M 兼容性 / 15

2.2.6　处理器性能测量 / 15

2.3　STM32F407VGT6微控制器 / 16

2.3.1　STM32F407VGT6的基本特点 / 16

2.3.2　内部模块示意图 / 18

2.3.3　供电 / 20

2.3.4　低功耗模式 / 20

2.3.5　时钟电路 / 20

2.4　通用输入和输出 / 24

2.5　嵌套向量中断控制器 / 26

2.6　外部中断控制器 / 26

2.7　定时器 / 26

2.8　模数转换器 / 26

2.9　内置温度传感器 / 27

2.10　数模转换器 / 27

2.11　复位 / 27

2.12　电特性 / 27

2.13　小结 / 28

拓展阅读 / 28

第3章　ARM Cortex微控制器开发板 / 29

3.1　概述 / 29

3.2　LPC1768 / 29

3.3　STM32　Nucleo系列 / 29

3.4　EasyMx PRO v7 for STM32 / 30

3.5　STM32F4DISCOVERY板 / 31

3.6　mbed应用板 / 31

3.7　EasyMx PRO v7 for Tiva / 32

3.8　MINI-M4 for STM32 / 33

3.9　Clicker 2 for MSP432 / 34

3.10　Tiva EK-TM4C123GXL

　　　LaunchPad / 34

3.11　Fusion for ARM V8 / 35

3.12　Clicker 2 for STM32 / 35

3.13　小结 / 36

拓展阅读 / 36

第4章　Clicker 2 for STM32开发板 / 37

4.1　概述 / 37

4.2　Clicker 2 for STM32硬件 / 37

4.2.1　板载LED / 38

4.2.2　板载按键开关 / 38

4.2.3　复位开关 / 38

4.2.4　供电 / 39

4.2.5　板载mikroBUS插座 / 39

4.2.6　输入/输出引脚 / 40

4.2.7　振荡器 / 41

4.2.8　板载微控制器编程 / 41

4.3　小结 / 42

拓展阅读 / 42

第5章　ARM微控制器编程 / 43

5.1　概述 / 43

5.2　支持ARM微控制器的集成开发

环境 / 43

5.2.1　EWARM / 43

5.2.2　ARM Mbed / 44

5.2.3　MDK-ARM / 44

5.2.4　TrueStudio for STM32 / 45

5.2.5　System Workbench for

　　　STM32 / 45

5.2.6　mikroC Pro for ARM / 45

5.3　小结 / 46

拓展阅读 / 46

第6章　使用mikroC Pro for ARM编程 / 47

6.1　概述 / 47

6.2　mikroC Pro for ARM / 47

6.3　通用输入/输出库 / 49

6.3.1　GPIO_Clk_Enable / 49

6.3.2　GPIO_Clk_Disable / 50

6.3.3　GPIO_Config / 50

6.3.4　GPIO_Set_Pin_Mode / 52

6.3.5　GPIO_Digital_Input / 53

6.3.6　GPIO_Digital_Output / 53

6.3.7　GPIO_Analog_Input / 53

6.3.8　GPIO_Alternate_Function_

　　　Enable / 54

6.4　存储器类型说明符 / 54

6.5　PORT输入/输出 / 54

6.6　按位访问 / 55

6.7　bit数据类型 / 55

6.8　中断和异常 / 55

6.8.1　异常 / 55

6.8.2　中断服务程序 / 56

6.9　创建新项目 / 57

6.10　仿真 / 64

6.11　调试 / 66

6.12　其他mikroC IDE工具 / 67

6.12.1　ASCII表 / 67

6.12.2　GLCD位图编辑器 / 68

6.12.3　HID终端 / 68

6.12.4　中断助手 / 69

6.12.5　LCD定制字符 / 69

6.12.6　7段编辑器 / 69

6.12.7　UDP终端 / 69

6.12.8　USART终端 / 70

6.12.9　USB HID bootloader / 71

6.12.10　统计 / 71

6.12.11　库管理器 / 72

6.12.12　编译列表 / 73

6.12.13　输出文件 / 73

6.12.14　选项窗口 / 73

6.13　小结 / 74

拓展阅读 / 74

第7章　多任务处理简介 / 75

7.1　概述 / 75

7.2　多任务处理内核的优势 / 76

7.3　对实时操作系统的需求 / 76

7.4　任务调度算法 / 77

7.4.1　协作调度 / 77

7.4.2　轮询调度 / 82

7.4.3　抢占调度 / 82

7.4.4　调度算法的目标 / 83

7.4.5　抢占调度与非抢占调度之间的

　　　区别 / 83

7.4.6　其他一些调度算法 / 84

7.5　调度算法的选择 / 85

7.6　小结 / 85

拓展阅读 / 85

第8章　FreeRTOS简介 / 86

8.1　概述 / 86

8.2　FreeRTOS发行版 / 87

8.3　从mikroElektronika网站进行

　　安装 / 88

8.4　编写项目文件 / 89

8.5　FreeRTOS头文件路径与源文件

　　　路径 / 90

8.6　编译器大小写敏感 / 91

8.7　编译模板程序 / 92

8.8　小结 / 92

拓展阅读 / 92

第9章　使用FreeRTOS函数 / 93

9.1　概述 / 93

9.2　FreeRTOS数据类型 / 93

9.3　FreeRTOS变量命名 / 94

9.4　FreeRTOS函数命名 / 94

9.5　常用宏定义 / 94

9.6　任务状态 / 94

9.7　与任务相关的函数 / 96

9.7.1　创建新任务 / 96

9.7.2　延迟任务 / 97

9.7.3　项目1—让LED每秒闪烁

　　　1次 / 97

9.7.4　项目2—让一个LED每秒闪

　　　烁1次，另一个LED每200ms

　　　闪烁1次 / 100

9.7.5　挂起任务 / 102

9.7.6　让挂起的任务恢复执行 / 102

9.7.7　项目3—挂起和恢复任务 / 103

9.7.8　删除任务 / 105

9.7.9　项目4—让LED闪烁并删除

　　　任务 / 105

9.7.10　获取任务句柄 / 107

9.7.11　定时执行 / 108

9.7.12　滴答计数 / 108

9.7.13　项目5—利用函数vTask-

　　　DelayUntil()让LED闪烁 / 108

9.7.14　任务优先级 / 110

9.7.15　项目6—让LED闪烁和切

　　　换不同优先级的按键开关 / 111

9.7.16　项目7—获取/设置任务优

　　　先级 / 113

9.8　使用液晶显示屏 / 114

9.8.1　HD44780 LCD模块 / 115

9.8.2　连接LCD与Clicker 2 for STM32

　　　开发板 / 116

9.8.3　LCD函数 / 116

9.8.4　项目8—在LCD上

　　　显示文本 / 117

9.9　任务名称、任务数量及滴答计数 / 119

9.10　项目9—在LCD上显示任务

　　　名称、任务数量及滴答计数 / 120

9.11　转而执行另一个优先级相同的

　　　任务 / 122

9.12　取消延迟 / 123

9.13　项目10—7段2位多路复用LED

　　　显示屏计数器 / 123

9.14　项目11—7段4位多路复用LED

　　　显示屏计数器 / 129

9.15　项目12—7段4位多路复用LED

　　　显示屏事件计数器 / 135

9.16　项目13—交通灯控制器 / 136

9.17　项目14—改变LED

　　　闪烁频率 / 144

9.18　项目15—通过USB串口向PC

　　　发送数据 / 148

9.19　项目16—用PC键盘改变LED

　　　闪烁频率 / 154

9.20　任务列表 / 156

9.21　项目17—在PC屏幕上显示

　　　任务列表 / 157

9.22　任务信息 / 159

9.23　项目18—在PC屏幕上显示

　　　任务信息 / 160

9.24　任务状态 / 162

9.25　项目19—在PC屏幕上显示

　　　任务状态 / 163

9.26　任务参数 / 165

9.27　小结 / 165

拓展阅读 / 165

第10章　队列管理 / 166

10.1　全局变量概述 / 166

10.2　为何是队列 / 166

10.3　创建队列并利用队列发送和接

　　　收数据 / 167

10.4　项目20—用PC键盘改变LED

　　　闪烁频率 / 169

10.5　删除队列、为队列命名、重置

　　　队列 / 172

10.6　项目21—使用各种队列函数 / 173

10.7　其他一些队列函数 / 175

10.8　项目22—开关式温度控制器 / 176

10.9　小结 / 185

拓展阅读 / 185

第11章　信号量和互斥量 / 186

11.1　概述 / 186

11.2　创建二进制信号量和互斥量 / 187

11.3　创建计数型信号量 / 187

11.4　删除信号量并获取信号量计数 / 188

11.5　释放和占用信号量 / 188

11.6　项目23—向PC发送内部和

　　　外部温度数据 / 189

11.7　小结 / 194

拓展阅读 / 194

第12章　事件组 / 195

12.1　概述 / 195

12.2　事件标志和事件组 / 195

12.3　创建和删除事件组 / 196

12.4　设置、清除、等待事件组位以及

　　　获取事件组位 / 196

12.5　项目24—向PC发送内部和外

　　　部温度数据 / 198

12.6　项目25—控制LED的闪烁 / 202

12.7　项目26—基于GPS的项目 / 205

12.8　小结 / 212

拓展阅读 / 212

第13章　软件定时器 / 213

13.1　概述 / 213

13.2　创建、删除、启动、停止和重置

　　　定时器 / 214

13.3　修改和获取定时器周期 / 216

13.4　定时器名称和ID / 217

13.5　项目27—反应定时器 / 217

13.6　项目28—生成方波 / 220

13.7　项目29—事件计数器（例如

　　　频率计数器） / 222

13.8　小结 / 225

拓展阅读 / 225

第14章　一些示例项目 / 226

14.1　概述 / 226

14.2　项目30—生成频率可调节的

　　　方波 / 226

14.3　项目31—扫频波形发生器 / 230

14.4　项目32—RGB灯光控制器 / 233

14.5　项目33—带键盘的家庭报警

　　　系统 / 236

14.6　项目34—带蜂鸣器的超声波

　　　泊车 / 244

14.7　项目35—步进电机项目 / 251

14.8　项目36—与Arduino通信 / 262

14.9　小结 / 267

拓展阅读 / 267

第15章　空闲任务和空闲任务钩子 / 268

15.1　概述 / 268

15.2　空闲任务 / 268

15.3　空闲任务钩子函数 / 268

15.4　项目37—显示空闲处理器

......

译 者 序
信息系统互联经历了互联网和移动互联网两个发展时代，现在正站在物联网世界的入口处。物联网为人们展现了这样一幅画卷：计算机、网络、传感器、操作系统和应用软件，将几乎所有设备连接在一起，实现互联互通互操作，构建起一个万物互联的世界，从而提升人类的工作和生活品质。而嵌入式微控制器及其操作系统正是这个世界的基础设施，ARM微控制器与FreeRTOS属于其中的佼佼者。
在这个背景下，虽然越来越多的从业人员愿意将ARM MCU与FreeRTOS作为自己迈入物联网世界的新武器，但又苦于没有系统介绍在ARM平台上利用FreeRTOS进行开发的武功秘籍。为此，机械工业出版社引进了本书以飨读者。全书共包括22章和两个附录，正文可以划分为三个部分：第一部分从第1章到第6章，对微型计算机组成结构、微控制器的基础知识以及ARM微控制器和本书中用到的开发板、开发环境做了总览性的介绍，以便读者对ARM平台有总体了解；第二部分从第7章到第18章，对多任务处理以及FreeRTOS多任务处理开发进行了全面介绍，涵盖队列、多线程、中断、事件、空闲任务、任务通知等方面，每个方面都有一个或若干个实例，通过实例介绍相关函数和开发技巧，以便读者较为全面地掌握FreeRTOS多任务应用开发；第三部分从第19章到第22章，通过4个综合性实例，以接近实际开发的场景让读者全面消化吸收前两部分介绍的知识，并拓展自己在实际工程开发中的设计规划思路。本书内容详尽，实例丰富，贴合从入门到进阶的学习曲线，是一本难得的好书。
需特别说明的是，原版书中的一些电器图形符号与我国现行标准不一致，而为了保持中文版与原版书知识体系的一致性，我们在翻译时未对这些图形符号做更改，请读者阅读时注意。
全书由胡训强（第5～18章及附录）和杨鹏（第1～4章及第19～22章）共同翻译完成。我们很荣幸成为本书的译者，在这里要感谢机械工业出版社的编辑给予我们的信任，正是与编辑的多次交流让我们获益匪浅，也让本书的质量更上一层楼。由于物联网和嵌入式软硬件平台都在不断发展，囿于译者的技术和语言水平，书中难免会存在不准确甚至错误之处，如果读者发现了这样的地方，恳请通过邮箱10185014@qq.com告知我们，在此深表感谢！
最后，感谢所有为本书的出版而付出艰辛劳动的人！
译者
2021年8月于广州