FreeRTOS嵌入式实时操作系统专业化系统学习目录

课程设计理念

本课程专为零基础嵌入式开发者设计，遵循“概念→机制→实践→系统”的螺旋式学习路径。课程深度融合最新研究成果（如SMP调度、低功耗设计）与典型工程案例（以移动机器人控制为核心），确保学员不仅能掌握API调用，更能理解内核设计思想，具备解决复杂实时系统问题的能力。

第一部分：基础概念与开发准备 (预计学时：8小时)

本部分旨在构建对嵌入式实时系统和FreeRTOS的宏观认知，并搭建可立即实践的开发环境。

第1章：嵌入式实时系统与FreeRTOS概览

• 1.1 嵌入式系统与实时性要求
  • 核心内容：阐释硬实时、软实时概念；通过工业控制、汽车ABS、无人机姿态调整等案例说明“实时”的本质是“确定性”而非“快速”。
• 1.2 为什么需要RTOS？
  • 核心内容：对比前后台（超级循环）系统与RTOS多任务系统在复杂性、可维护性、资源管理上的优劣；通过一个模拟的“设备控制+用户界面”系统，展示单线程难以满足多时序要求（如10ms控制周期与50ms界面响应）的困境。
• 1.3 FreeRTOS简介与发展
  • 核心内容：介绍FreeRTOS作为开源、可裁剪、跨平台微内核RTOS的特性；梳理其从单核发展到支持对称多处理（SMP）的历程，并提及其被亚马逊AWS接管后对安全性与连接性的增强。

第2章：开发环境搭建与第一个FreeRTOS程序

• 2.1 硬件平台选择
  • 核心内容：对比STM32（如STM32F407，常用于机器人控制）、ESP32（集成Wi-Fi/蓝牙，含SMP特性）等主流MCU；指导如何根据项目需求（性能、外设、成本）选型。
• 2.2 工具链与IDE配置
  • 核心内容：演示基于STM32CubeIDE或ESP-IDF的工程创建；讲解如何将FreeRTOS源码（从官网下载）或已集成的RTOS组件添加到项目。
• 2.3 从官方Demo到“Hello World”任务
  • 核心内容：实践FreeRTOS快速入门指南：找到一个官方Demo（如针对EFM32的示例），构建并运行，理解其演示的功能；然后，亲手精简代码，创建第一个闪烁LED的“Hello World”任务。
• 2.4 FreeRTOS配置文件（FreeRTOSConfig.h）精解
  • 核心内容：深度解析关键配置项：configTICK_RATE_HZ（系统节拍）、configUSE_PREEMPTION（使能抢占）