STM32裸机开发（中断，轮询，状态机）与freeRTOS

• 裸机：没有操作系统，程序是单流程的（比如一个大循环里依次执行各个功能，或者用中断嵌套处理事件）。优点是资源占用极少（几乎不占 RAM/Flash）、执行流程直观；但复杂项目里，多个功能（比如同时处理传感器、通信、显示）会互相阻塞，逻辑容易混乱（比如一个耗时的操作会卡住其他功能）。

• 比如长期做单一类型的裸机项目（比如只写循环 + 中断的控制逻辑），可能会对复杂系统的任务管理、资源调度、多模块协同这些 “上层设计” 接触较少；遇到需要同时处理多个实时性任务时（比如一边高速采数、一边通信、一边控外设），纯裸机逻辑会越写越绕，这时候可能会觉得 “效率低”。

      裸机开发离不开中断，轮询，状态机，假如将状态机放在中断里，1ms触发一次，中断中时间片调度仍有其他任务，功能简单没有大的问题，一旦功能复杂，无论是在中断中即执行又判断，还是中断中只判断，将执行放在了主函数，实时性将变得非常差，耦合性会很强，即使放在主函数中执行进行模块分装，仍然不便于维护。其次，用轮询标志位去实现变量同步，代码量大的情况下逻辑会非常绕。即使可以用 结构体+队列 去完成任务解耦，利用缓冲特性去缓冲一些像阈值判断，解决延迟和滞后问题，但本身这样做已经再向架构思想，轻量级的RTOS靠近了。裸机开发也有架构思想（事件驱动架构，消费者-生产者架......）,项目烂尾，其实就是没有架构思想。RTOS内功玩的就是架构。

一.中断中只做 “判断和标记”，主循环中做 “执行” 

初始化系统 → 启动定时器 → 进入主循环（轮询标志位）│▼等待定时器溢出│▼触发TIM2中断│执行ISR：1. 清除硬件中断标志2. 设置timerFlag = true│退出ISR，返回主循环│主循环检测到timerFlag = true│1. 清除timerFlag = false2. 执行process_timer_event()│继续主循环（等待下一次事件）

二.中断中即判断也执行

┌───────────────┐
│   系统初始化   │  →  配置定时器、中断使能、GPIO等（仅执行一次）
└───────┬───────┘↓
┌───────────────┐
│   启动定时器   │  →  定时器开始计数，主循环进入空闲/其他任务
└───────┬───────┘↓
┌───────────────┐
│   主循环运行   │  →  执行非中断相关任务（如传感器采样、显示刷新）
└───────┬───────┘│▼（定时器溢出时触发）
┌───────────────┐
│  进入TIM2中断  │  →  CPU暂停主循环，转去执行中断服务程序
└───────┬───────┘↓
┌───────────────┐
│ 判断中断来源   │  →  检查是否为定时器溢出（TIM_GetITStatus）
└───────┬───────┘├─ 否 → 退出中断，返回主循环│▼ 是
┌───────────────┐
│ 清除硬件标志   │  →  清除定时器中断标志（TIM_ClearITPendingBit）
└───────┬───────┘↓
┌───────────────┐
│ 直接执行任务   │  →  例如：LED_Toggle()（仅耗时极短的操作）
└───────┬───────┘↓
┌───────────────┐
│ 退出中断服务   │  →  CPU返回主循环，继续执行被中断的任务
└───────┬───────┘↓
（回到主循环，等待下一次中断）

简单示例：

一.标志位

#include "stm32f10x.h"
​
// 共享标志位
volatile bool timerFlag = false;
​
// 定时器中断服务程序（仅设置标志位）
void TIM2_IRQHandler(void) {if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);  // 清除硬件中断标志timerFlag = true;  // 设置软件标志位}
}
​
// 主循环（轮询标志位并执行任务）
int main(void) {// 系统初始化（省略）...while (1) {if (timerFlag) {      // 检查标志位timerFlag = false;  // 清除标志位LED_Toggle();     // 翻转LED状态}// 执行其他任务...}
}

二.直接中断执行

// 定时器中断服务程序（直接执行任务）
void TIM2_IRQHandler(void) {if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);  // 清除硬件中断标志// 直接在中断中执行任务（无需标志位）LED_Toggle();  // 翻转LED状态（假设此函数仅操作GPIO，耗时极短）}
}
​
// 主循环（无需轮询标志位）
while (1) {// 其他任务...（不受定时器事件影响）
}

比较：

总结：

• 标志位是 “中断轻量化” 的工具：通过分离 “事件检测” 和 “事件处理”，保证中断快速响应，主循环有序执行。

• 中断内直接执行的适用场景有限：仅适合极简单任务，复杂任务必须避免，否则会破坏系统稳定性。

• 实际开发中，优先用 “中断设标志 + 主循环处理”，除非能确保任务耗时足够短（通常建议 ISR 执行时间不超过中断周期的 10%）。

三：状态机

中断仅仅作为状态机的触发器，在嵌入式系统中，中断确实可以仅作为状态机的触发器，这种设计模式能有效分离 “事件检测” 和 “事件处理”，提升系统的稳定性和可维护性。

一、核心设计思想

中断的唯一职责：检测特定事件（如定时器溢出、按键按下），并通过标志位通知状态机。 状态机的唯一职责：在主循环中根据标志位执行对应逻辑，完成状态转移。

优势：

• 中断轻量化：中断服务程序（ISR）执行时间极短，避免阻塞其他中断。

• 逻辑解耦：状态机逻辑与硬件中断分离，便于修改和测试。

• 可扩展性：可轻松添加新的中断源和状态，无需修改核心逻辑。

• FreeRTOS：作为轻量级 RTOS，本质是在裸机基础上增加了 “任务调度器”，让程序能像 “多线程” 一样运行 —— 把复杂功能拆成多个独立任务，由系统自动分配 CPU 时间。优点是任务间解耦，高优先级任务能及时响应（比如紧急报警）；但会占用少量资源（比如几十 KB RAM），且需要理解任务调度、同步等概念。

• 实时操作系统（RTOS）：专门用于实时控制的操作系统，能保证任务在规定时间内响应（比如工业控制中，传感器数据必须在 10ms 内处理），FreeRTOS 就是轻量级 RTOS 的典型。
• 任务（Task）：系统中最小的执行单元，类似 “线程”，每个任务有独立的栈空间和运行状态（就绪、运行、阻塞等）。比如智能手表中，“显示时间”“检测触摸”“计步” 就是不同任务。
• 优先级（Priority）：任务的重要程度标识（FreeRTOS 中数值越大优先级越高）。高优先级任务能打断低优先级任务，比如无人机的 “避障任务” 优先级必须高于 “数据上传任务”，否则可能撞机。
• 调度器（Scheduler）：RTOS 的核心组件，负责决定哪个任务运行（基于优先级或时间片），FreeRTOS 用的是 “抢占式调度”（高优先级任务随时插队）。
• 上下文切换（Context Switch）：调度器切换任务时，保存当前任务的寄存器、栈指针等状态，加载下一个任务的状态，相当于 “暂停 A 任务，继续 B 任务” 的过程，速度越快，系统响应越流畅。
• 信号量（Semaphore）：任务间同步的工具，类似 “通行证”。比如两个任务共用一个传感器，用信号量控制：一个任务拿到信号量才能读取，读完放回，避免冲突。
• 队列（Queue）：任务间传递数据的 “缓冲区”，比如传感器任务采集到数据，通过队列发给处理任务，支持异步通信（发送方不用等接收方立即处理）。

• FreeRTOS 更适合的场景

• 多任务并发且有优先级区分
  比如一个设备需要同时处理：传感器数据采集、屏幕显示、蓝牙通信、电机控制，且某些任务必须优先响应（如电机故障检测要比屏幕刷新紧急）。FreeRTOS 的抢占式调度能让高优先级任务及时运行，避免裸机中 “一个任务卡壳导致全局瘫痪” 的问题。
• 任务间需要灵活通信 / 同步
  当任务间需要传递数据（如传感器任务给处理任务发数据）或协调操作（如两个任务共用一个外设），FreeRTOS 的队列、信号量等机制能简化逻辑，而裸机需要手动设计状态机或全局变量，容易出错。
• 系统未来可能扩展功能
  如果项目初期简单，但后期可能增加更多模块（如从单一传感器扩展到多传感器 + 联网功能），用 FreeRTOS 能降低后期维护和扩展的难度，任务模块化设计更清晰。