简介面向嵌入式初学者的FreeRTOS演示工程在Windows下使用MDK Keil uVision4打开即可直接编译烧写目标芯片为STM32F103。工程将FreeRTOS内核依赖完整收录代码层面重点演示通过串口中断接收数据来触发命令行从而在真实硬件上观察任务创建、删除、挂起、恢复等操作效果。压缩包内有116个文件以38个C源码文件与67个头文件为主体覆盖HAL库驱动、内核任务控制块、队列管理、软件定时器等多个模块同时附带集成开发环境工程文件、IOC配置及简明说明文档压缩后体积仅777KB。已有192人学习下载很适合刚接触RTOS、希望零成本获得可运行示例的开发者资源目录结构清晰配合作者配套博文能快速理解命令行与FreeRTOS各内核对象之间的关系是一份兼具参考价值与实操性的入门素材。 说实话当年我第一次在 Windows 上打开 FreeRTOS 官方的 MDK demo 工程时心里是有点犯怵的。网上各种移植教程写得吓人从启动文件到时钟配置再到堆栈检查一步不对就黑屏。后来我试着直接打开官方CORTEX_STM32F103_Keil目录下的工程点了一下 Build居然零错误通过。再后来我又找到同目录下的FreeRTOS_Plus_CLI_STM32F103_Keil编译烧录后用串口敲命令直接在单片机上看到task-stats输出的任务栈使用情况——那一刻我才意识到原来官方早就给你铺好了路只是很多人不知道从哪儿下手。这篇文章就围绕这两个 MDK demo 工程来写。基础 demo 负责跑通内核调度CLI demo 负责展示 FreeRTOS 的命令行实现也就是 FreeRTOSCLI。整个过程不需要你自己写移植代码只要你的开发板是 STM32F103 系列芯片型号选对下载线接好一晚上就能把内核和命令行都跑起来。特别适合刚学 FreeRTOS、想快速看到任务调度效果的同学也适合想在老项目里加串口调试命令的嵌入式工程师。1. 为什么先跑官方demo而不是上来就移植1.1 官方工程与“从零移植”的真实差距很多人学 FreeRTOS 的第一步是搜索“STM32 移植 FreeRTOS 教程”然后照着博客改文件、加路径、改中断折腾一两天最后卡在一个莫名其妙的 HardFault 上。我并不是说移植不重要移植确实能逼着你把启动流程、PendSV、Systick 这些底层机制搞明白但如果你只是想先体验“任务调度到底长什么样”那官方 demo 才是效率最高的入口。官方 demo 的工程文件里已经写好了所有关键配置FreeRTOSConfig.h里的时钟频率、堆大小、configASSERT开关以及startup_stm32f10x_hd.s启动文件里的向量表连SysTick和PendSV中断入口都给你预留好了。你打开工程、选择正确的芯片型号、点编译剩下的就是看结果。这种“开箱即用”的体验能让你先把注意力放在 API 使用和任务调度逻辑上而不是被底层细节劝退。注意官方 demo 针对的是 STM32F103-SK 评估板。如果你手里是其他 F103 板子引脚定义可能对不上但只要芯片型号一致内核调度、LED 翻转、串口打印这些核心功能不受影响。不同板卡的引脚差异后面我单独说怎么改。1.2 命令行CLI在 FreeRTOS 项目里的价值这次要跑的第二个 demo 相当有意思它把 FreeRTOSCLI 串起来了。很多人在嵌入式开发里调试状态靠的是“改代码—编译—烧录—看打印”改一个阈值要折腾五分钟。有了命令行之后你在串口终端里敲一条命令就能查看当前所有任务的运行状态、剩余堆栈、内存使用情况甚至能动态启停任务完全不用重新编译。CLI 这个名字听起来很“高深”实际上就是一组注册在系统里的命令表。用户在串口里输入字符串解析器匹配到对应命令后调用回调函数再把结果通过串口发回来。官方这套实现叫 FreeRTOSCLI是正儿八经的官方扩展组件不是网上某个人写的野代码稳定性和代码风格都有保证。2. 开箱前的环境准备把工具链理清楚2.1 下载源码包与关键目录出口先去 GitHub 上 FreeRTOS 官方仓库下载 Release 包比如FreeRTOSv202212.01这一个版本。解压之后不要急着到处找工程先看两个目录FreeRTOS/Demo/CORTEX_STM32F103_Keil/基础内核 demo工程文件是RTOSDemo.uvprojx。FreeRTOS-Plus/Demo/FreeRTOS_Plus_CLI_STM32F103_Keil/命令行 demo工程文件同样是RTOSDemo.uvprojx。这两个工程都依赖FreeRTOS/Source目录下的内核源码也就是tasks.c、queue.c、list.c等文件。官方工程已经把相对路径配好了你只需要保证整个源码包的目录结构不被破坏不要把单个 .c 文件单独拷出来放到别的文件夹否则一大堆#include FreeRTOS.h找不到头文件的报错就会扑面而来。2.2 Keil MDK 与器件支持包安装细节编译环境建议用 Keil MDK 5.x版本不用太新5.29 到 5.36 都行。但打开工程之前必须确认一件事MDK 的器件支持包Device Family Pack是不是齐全。基础 demo 用的是 STM32F103所以打开工程前要先装好Keil.STM32F1xx_DFP。如果你用的是其他芯片工程里有些路径名称和启动文件会不一样那就要找对应的 demo 目录或者自己换 pack。热词里有人搜过keil.stm32f4xx_dfp.2.13.0.pack那其实就是给 F4 用的 pack道理一样。安装 pack 有两个办法直接在 MDK 的 Pack Installer 里搜索安装前提是你的网络能访问服务器或者去官网下载.pack文件双击就能装进去。我比较推荐后者下载一次以后所有工程通用。提示新版 MDK5.37 之后在 Pack Installer 里默认不展示旧款芯片的 pack需要手动搜索或者从官网下载安装装完之后在Device下拉框里就能看到 STM32F103ZE 之类的型号了。2.3 编译前必须检查的两个设置如果直接双击打开RTOSDemo.uvprojx然后按 F7你大概率会遇到第一个坑弹窗提示 “Target uses ARM-Compiler and does not have the license” 或者直接报错说 “Compiler 5 is not installed”。原因是官方这份 demo 写于 MDK 4/5 早期默认用的是 ARM Compiler 5AC5而现在安装的 MDK 5.37 以上的版本默认只带 AC6。解决方法有两种去官网下载安装 “Keil.Legacy_ARM_Compiler_V5.06”装完后在Project - Manage - Project Items - Folders/Extensions里把当前 target 的编译器切换为 AC5。在同一个界面直接把编译器换成Use default compiler version 6强行用 AC6 编译。我自己建议优先用第一个方案。旧 demo 的启动文件、分散加载文件都是按 AC5 的习惯写的虽然 AC6 也能编过但 warning 会比 AC5 多出一大堆。作为开箱体验少一些干扰更好。第二个要检查的是“运行环境”里的 CMSIS 设置。打开工程后如果看到一堆红叉或者在RTE窗口里提示找不到组件也不用慌老工程不太依赖 RTE 自动配置直接看C/C标签页里的Include Paths确保FreeRTOS/Source/include、FreeRTOS/Source/portable/RVDS/ARM_CM3这些路径都在。只要这些路径没丢编译基本不会卡在找头文件上。3. 基础内核demo的完整编译与运行记录3.1 打开工程与目标芯片配置先打开FreeRTOS/Demo/CORTEX_STM32F103_Keil/RTOSDemo.uvprojx。工程打开后会弹出一个Pack Installer窗口这个窗口可以直接关掉不影响编译。我第一次不知道在这个窗口里搜了半天浪费了不少时间。接着在Options for Target快捷键 AltF7里做两件事第一把Device选项卡里的芯片型号改成你手上板子对应的型号我用的核心板是 STM32F103ZET6就选 F103ZE第二切到Debug选项卡在右侧下拉框里选择你的下载调试器我用的是 ST-Link选ST-Link Debugger就行。提示如果芯片型号列表里没有你的型号十有八九是 pack 没装好。回到 Pack Installer 里确认 STM32F1xx_DFP 是否安装成功。这个问题在热词里很常见大部分都是 pack 版本太老或者没装。3.2 编译执行与结果观察按下 F7编译器开始跑。正常情况下输出窗口底部会出现0 Error(s), 0 Warning(s)如果只有几个 warning不碍事多半是变量未使用之类的无害提示。编译完成后会在工程目录下生成 hex 文件路径一般写在Options - Output里。这个 demo 默认创建了几个任务其中包括一个 LED 闪烁任务和一个“检查”任务。下载进去之后板载 LED 会以固定频率闪烁。如果 LED 不闪先别急着怀疑程序大概率是引脚和你的板子对不上——官方评估板用的是特定 GPIO你的核心板可能不一样。这时候去main.c里找到 LED 初始化和翻转的代码改成自己板子的引脚就行。3.3 烧录时容易忽略的选项编译通过不代表下载一帆风顺。在Flash Download选项卡里我习惯勾选Reset and Run这样烧录完成之后芯片会自动复位运行不用手动按复位键。还有一个关键是Programming Algorithm列表里必须要有对应芯片的下载算法比如 STM32F10x 系列一般是 512KB Flash 的那个算法。如果列表是空的点旁边的Add按钮手动添加一下。下载失败的老手通常会在 Debug 设置里把连接模式从Normal改成Connect under Reset。这个选项对“芯片里已经跑着代码、一进调试就重启”的情况非常有用。在 CLI demo 里效果尤其明显因为你板子上跑的程序本身就在初始化串口和外设调试器一连接就可能被用户程序干扰提前按住复位键再点下载是更稳的做法。4. FreeRTOS命令行实现从跑通到改自己的命令4.1 FreeRTOSCLI 的工作机制跑通基础 demo 之后打开FreeRTOS-Plus/Demo/FreeRTOS_Plus_CLI_STM32F103_Keil/RTOSDemo.uvprojx这才是本次体验的重头戏——FreeRTOS 的命令行实现。先讲原理。FreeRTOSCLI 的核心是一个“命令注册表”每个命令对应一个struct xCOMMAND_DEFINITION里面存了命令名字、帮助文本、参数个数范围和回调函数指针。系统启动时调用FreeRTOS_CLIRegisterCommand()把命令注册进去之后用户从串口输入一行文本解析器会按空格拆出命令名和参数匹配到注册表后再调用对应的回调函数。命令回调函数的写法长这样static BaseType_t prvMyCommand(char *pcWriteBuffer, size_t xWriteBufferLen, const char *pcCommandString) { /* 把要输出的内容写进缓冲区由上层统一发送 */ snprintf(pcWriteBuffer, xWriteBufferLen, hello from my command\r\n); return pdFALSE; }这里面的关键点回调函数不是直接printf而是把结果写进pcWriteBuffer。至于缓冲区里的内容什么时候发出去、从哪个串口发出去那是上层调用方的事情。这样设计让 CLI 解析逻辑和具体硬件解耦——你可以把输出送到串口、屏幕甚至通过 TCP 发到网络调试助手。4.2 官方 CLI demo 的串口对接方式官方 demo 默认通过串口和 PC 交互。打开serial.c之类的底层文件就能看到 UART 初始化代码里面会设置波特率、数据位、停止位和中断优先级。我用的是 STM32F103 的 USART1PA9/PA10波特率默认是115200。如果你的板子串口引脚不在 PA9/PA10去serial.c里把 GPIO 配置改成你的板子就行。串口接收的流程是这样UART 中断每收到一个字节就通过队列或二值信号量通知一个专门的任务这个任务一直阻塞等待字符收到后把字符累积到缓冲区等收到回车符就把整行字符串交给FreeRTOS_CLIProcessCommand()处理。处理完的结果写进输出缓冲区再由同一个任务通过 UART 发送出去。连接好 USB 转 TTL 模块打开任意一个串口终端我用的是 SSCOM也可以用它自带的串口助手波特率调到 115200按一下复位键串口里应该会打印出版本信息和提示符。输入help回车能看到所有已注册的命令比如命令功能说明help列出所有命令及用法task-stats输出各任务状态、优先级、剩余栈空间run-time-stats输出各任务运行时间占比free-mem查看 FreeRTOS 堆内存剩余情况display-parameters打印系统配置参数4.3 添加一条自定义命令的完整流程光看别人的命令不过瘾自己加一条才有成就感。以我自己的实操为例我想加一条read-temp命令用来读取模拟温度传感器的数值。步骤很短第一步定义一个命令注册结构体static const CLI_Command_Definition_t xReadTemp { read-temp, read-temp:\r\n Read simulated temperature value.\r\n, prvReadTempCommand, 0 /* 参数个数为0 */ };第二步实现回调函数。注意写入缓冲区时要用snprintf限定长度避免溢出同时返回值决定是否还有后续输出。只输出一次就返回pdFALSE。第三步在main()创建 CLI 任务之前调用FreeRTOS_CLIRegisterCommand(xReadTemp);第四步编译下载打开串口输入help就能看到read-temp出现在列表里直接输入命令串口就会打印温度值。整个流程走下来你会发现FreeRTOSCLI 的扩展性非常强。你完全可以把项目里的设备状态、参数配置、固件版本都变成命令行接口调试效率提升的不止一个档次。5. 常见问题与避坑记录5.1 编译报错与编译器版本问题这个坑排第一因为几乎每个用新版 MDK 打开老工程的人都会遇到。现象是编译时提示找不到 AC5 编译器或者直接弹出Target uses ARM-Compiler的白框。解决办法我在前面说过安装老编译器或者切换到 AC6 都行。如果你非要切 AC6还要注意工程里可能有一些 AC5 特有的语法比如__asm内联汇编的写法AC6 会报错需要改成__ASM或者用__attribute__的写法。我的建议是先装 AC5 把 demo 跑通以后再研究 AC6 的迁移。热词里还有人搜“#include freertos/freertos.h 检测到 #include 错误”这其实是 VS Code 的 C/C 插件在扫描工程时没找到包含路径。它和 MDK 编译是两回事。如果你只是用 VS Code 看代码在.vscode/c_cpp_properties.json的includePath里加上FreeRTOS/Source/include和对应 port 目录即可如果你在说 MDK 的编译错误那就去检查 C/C 选项卡里的 Include Paths看是否有相对路径失效。5.2 串口乱码或没有任何输出跑 CLI demo 最常见的问题是串口没反应。第一检查波特率大多数官方例程是 115200别理解成 9600第二检查引脚确认 USB 转 TTL 的 TX 接板子的 RXRX 接板子的 TXGND 必须共地第三有些 F103 板子用的是串口 2 或串口 3去工程里搜USART关键字确认初始化的是哪一路再对照原理图。还有一个小细节如果串口终端打开的时间在板子复位之前那板子复位后打印的启动信息可能会丢在缓冲区里。先复位再观察终端日志。5.3 堆栈溢出检测的配置与定位热词里有人专门搜“freertos堆栈溢出检测”这个在 CLI demo 里非常好验证。你输入task-stats后最后一列会显示每个任务的剩余栈空间。FreeRTOSConfig.h里有两个宏控制栈溢出检测configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW设置为 1 或 2 开启检测。configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK内存分配失败时的钩子函数。当检测到溢出时系统会调用vApplicationStackOverflowHook()你可以在里面点亮一个错误 LED 或者直接taskDISABLE_INTERRUPTS()停下来。我遇到过一种情况某个任务栈配得不够正常运行没事一调用printf就溢出。因为printf系列函数本身很吃栈尤其是开了浮点格式化之后。所以如果你在 CLI 命令回调里用了大块格式化输出任务的栈一定比普通任务大一些官方 demo 里 CLI 任务的栈一般给到了 1000 字以上照抄就行。5.4 老工程与新 pack 的兼容怪问题还有一类问题不是代码逻辑错了而是工具链版本错位。比如用新版 STM32F1xx_DFP 打开老工程可能会发现core_cm3.h版本冲突或者编译时提示某个系统函数重定义。遇到这种问题我的处理习惯是优先使用工具链自带的 CMSIS 版本把工程里老旧的CoreSupport目录从 Include Paths 中去掉保留DeviceSupport里的文件。反过来如果你用的 pack 太老而 MDK 版本太新也会出现“设备不支持”的情况那就去装对应厂商的新版 pack。提示同一个 FreeRTOS 版本在不同 MDK 版本下的表现可能有细微差别。我的建议是固定一套已经验证过的组合——比如 MDK 5.29 STM32F1xx_DFP 2.x FreeRTOS v10.4.x把源码包和 pack 安装包都留存好下次不在工具链版本上花冤枉时间。写在最后跑通这两个 demo我的体会是官方给的“开箱体验”其实比大多数网上教程的移植步骤更值得先看一遍。它让你在还没有被底层细节淹没之前就先建立了“内核能跑、命令行能用”的整体认知。尤其是 FreeRTOSCLI 那套命令注册机制代码量不大但当你在自己的项目里复制这套模式以后调参会变成一件很顺手的事。最后分享一个我现在还在用的小技巧把官方 CLI demo 里的串口底层文件、命令解析任务、常用命令注册代码原样抽到一个 “bs_cli” 模块里放到自己维护的代码库中。每开一个新项目直接把这个模块加进去改一下串口引脚和波特率命令行功能立刻就有了。这个习惯帮我省了很多重复调试的时间也让我养成了“凡是需要反复验证的模块都主动提供命令行接口”的做事方式。本文还有配套的精品资源点击获取