本帖最后由 DKENNY 于 2024-3-8 15:08 编辑
#申请原创# @21小跑堂
最近我开始学习 uC/OS-III 实时操作系统，并着手将其移植到APM32F407 开发板上。在这个过程中，我遇到了许多有趣的挑战和发现，也感受到了操作系统带来的强大功能和灵活性。 在这篇帖子中，我打算分享我的学习经验和移植过程，包括如何开始学习uC/OS-III、配置步骤、移植过程中遇到的问题以及解决方法。我希望通过这篇帖子，能够帮助那些和我一样对操作系统感兴趣的朋友们，一起探索如何在APM32F407 上应用 uC/OS-III。
1. uC/OS-III简介： uC/OS-III，又称微型C语言编写的操作系统第3版，是一个基于优先级的实时内核，可升级和固化。它无限制地支持任务个数，并且作为第三代内核，拥有现代实时内核所需的基本功能，例如资源管理、同步和任务间通信。值得注意的是，uC/OS-III具有独特的功能，如完整的运行时性能测量、直接向任务发送信号或消息，以及任务可以同时等待多个内核对象。 简单来说，uC/OS-III是一个可扩展和稳固的实时内核，可以管理无限数量的任务。它满足现代实时内核的期望，提供资源管理、同步和任务间通信等功能。它的独特之处在于能够在运行时测量性能、直接向任务发送信号或消息，以及任务可以同时等待多个信号或消息队列。
下面是一个列出了uC/OS-III的功能的简单表格： | 功能 | 描述 | | 任务管理 | 支持无限数量的任务，具有优先级调度和任务控制功能。 | | 资源管理 | 提供资源分配和管理，包括信号量、消息邮箱等。 | | 同步 | 支持任务同步，包括信号量、互斥量、事件标志等。 | | 任务间通信 | 提供任务之间的通信机制，如消息队列、邮箱等。 | | 定时器管理 | 支持定时器功能，可以进行时间管理和定时任务调度。 | | 事件管理 | 允许任务等待和响应事件的发生，提供事件标志组功能。 | | 内存管理 | 支持动态内存分配和管理，包括内存块分配和释放功能。 | | 中断管理 | 提供中断服务机制，允许任务与中断处理程序之间的交互。 | | 任务间通信 | 支持多种通信方式，包括消息队列、邮箱、信号量等。 | | 实时性能测量 | 可以在运行时测量系统的性能，帮助优化系统的实时性能。 | | 任务等待多个对象 | 允许任务同时等待多个内核对象，提高系统的灵活性。 |
这些功能使得uC/OS-III成为一个强大、灵活且功能丰富的实时操作系统，适用于各种嵌入式系统和实时应用场景。
2.移植流程
一、uCOS-III系统文件获取 我这里提供了两种下载方式，如下。 1.网盘链接下载：https://pan.baidu.com/s/1nHZjj2A40qW_jbbODOXfOw?pwd=762k 2.官方下载：https://github.com/weston-embedded 以下是点击官方下载的链接后，需要下载的源文件。 ① uc-os3源码下载 ② uc-lib源码下载 ③ uc-cpu源码下载
二、添加ucos-III系统文件 1、去极海官网（https://geehy.com/apm32?id=47）下载APM32F407SDK，打开Examples文件夹，复制一份Template模板，新建ucos-III文件夹，把下载的源码文件全部都复制进去。
2、打开mdk工程，新建一些文件目录。
3、向ucos_cpu中添加文件 打开uCOSIII\uC-CPU文件目录，添加cpu_core.c文件。
打开uCOSIII\uC-CPU\ARM-Cortex-M\ARMv7-M文件目录，添加cpu_c.c。
打开uCOSIII\uC-CPU\ARM-Cortex-M\ARMv7-M\ARM文件目录，添加cpu_a.asm。
4、向ucos_lib中添加文件。 打开uCOSIII\uC-LIB文件目录，添加该文件目录下的所有.c文件。
5、向ucos_source中添加文件。 打开uCOSIII\uC-OS3\Source文件目录，添加除了__dbg_uCOS-III.c文件的其余所有文件。
6、向ucos_port中添加文件。 打开uCOSIII\uC-OS3\Ports\ARM-Cortex-M\ARMv7-M\ARM文件目录，添加该目录下所有文件。
打开uCOSIII\uC-OS3\Ports\ARM-Cortex-M\ARMv7-M文件目录，添加os_cpu_c.c。
7、向ucos_misc中添加文件。 打开uCOSIII\uC-CPU\BSP\Template文件目录，添加bsp_cpu.c。
8、添加头文件。
三、编写代码 1、编写app_cfg.h文件。 ucos-III是没有提供app_cfg.h这个文件的，我们需要手动编写。在uCOSIII下新建app_cfg.h，添加如下代码。
- /*
- *********************************************************************************************************
- * EXAMPLE CODE
- *
- * This file is provided as an example on how to use Micrium products.
- *
- * Please feel free to use any application code labeled as 'EXAMPLE CODE' in
- * your application products. Example code may be used as is, in whole or in
- * part, or may be used as a reference only. This file can be modified as
- * required to meet the end-product requirements.
- *
- * Please help us continue to provide the Embedded community with the finest
- * software available. Your honesty is greatly appreciated.
- *
- * You can find our product's user manual, API reference, release notes and
- * more information at https://doc.micrium.com.
- * You can contact us at www.micrium.com.
- *********************************************************************************************************
- */
- #ifndef APP_CFG_MODULE_PRESENT
- #define APP_CFG_MODULE_PRESENT
- /*
- *********************************************************************************************************
- * MODULE ENABLE / DISABLE
- *********************************************************************************************************
- */
- /*
- *********************************************************************************************************
- * TASK PRIORITIES
- *********************************************************************************************************
- */
- #define APP_CFG_TASK_START_PRIO 2u
- #define APP_CFG_TASK_1_PRIO 3u
- #define APP_CFG_TASK_2_PRIO 4u
- /*
- *********************************************************************************************************
- * TASK STACK SIZES
- *********************************************************************************************************
- */
- #define APP_CFG_TASK_START_STK_SIZE 128u
- #define APP_CFG_TASK_BLINKY_STK_SIZE 128u
- #define APP_CFG_TASK_1_STK_SIZE 512u
- #define APP_CFG_TASK_2_STK_SIZE 512u
- /*
- *********************************************************************************************************
- * TRACE / DEBUG CONFIGURATION
- *********************************************************************************************************
- */
- #ifndef TRACE_LEVEL_OFF
- #define TRACE_LEVEL_OFF 0
- #endif
-
- #ifndef TRACE_LEVEL_INFO
- #define TRACE_LEVEL_INFO 1
- #endif
-
- #ifndef TRACE_LEVEL_DBG
- #define TRACE_LEVEL_DBG 2
- #endif
-
- #define APP_CFG_TRACE_LEVEL TRACE_LEVEL_OFF
- #define APP_CFG_TRACE printf
-
- #define BSP_CFG_TRACE_LEVEL TRACE_LEVEL_OFF
- #define BSP_CFG_TRACE printf
-
- #define APP_TRACE_INFO(x) ((APP_CFG_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_INFO) ? (void)(APP_CFG_TRACE x) : (void)0)
- #define APP_TRACE_DBG(x) ((APP_CFG_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_DBG) ? (void)(APP_CFG_TRACE x) : (void)0)
-
- #define BSP_TRACE_INFO(x) ((BSP_CFG_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_INFO) ? (void)(BSP_CFG_TRACE x) : (void)0)
- #define BSP_TRACE_DBG(x) ((BSP_CFG_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_DBG) ? (void)(BSP_CFG_TRACE x) : (void)0)
- #endif
这段代码是uC/OS-III示例程序的配置文件，定义了一些任务优先级、任务堆栈大小以及跟踪/调试配置相关的宏。以下是每个定义的宏的作用： 1. **任务优先级**(`APP_CFG_TASK_START_PRIO`, `APP_CFG_TASK_1_PRIO`, `APP_CFG_TASK_2_PRIO`)： - 定义了不同任务的优先级，用于确定任务在多任务系统中的执行顺序。数字越小，优先级越高。 2. **任务堆栈大小**(`APP_CFG_TASK_START_STK_SIZE`, `APP_CFG_TASK_BLINKY_STK_SIZE`,`APP_CFG_TASK_1_STK_SIZE`, `APP_CFG_TASK_2_STK_SIZE`)： - 定义了不同任务所使用的堆栈大小。堆栈大小越大，任务能够使用的局部变量和函数调用深度就越大。 3. **跟踪/调试配置**： - `TRACE_LEVEL_OFF`、`TRACE_LEVEL_INFO` 和`TRACE_LEVEL_DBG` 定义了跟踪信息的级别。在这里，`TRACE_LEVEL_OFF` 表示关闭跟踪，`TRACE_LEVEL_INFO` 表示仅输出信息级别的跟踪，`TRACE_LEVEL_DBG`表示输出调试级别的跟踪。 -`APP_CFG_TRACE_LEVEL` 和 `BSP_CFG_TRACE_LEVEL` 分别定义了应用程序和 BSP (Board Support Package) 的跟踪级别。 - `APP_CFG_TRACE` 和 `BSP_CFG_TRACE` 是跟踪输出函数的宏定义。在这里，它们被定义为`printf`，表示将跟踪信息输出到标准输出设备（通常是串口）。 4. **跟踪输出宏** (`APP_TRACE_INFO`,`APP_TRACE_DBG`, `BSP_TRACE_INFO`, `BSP_TRACE_DBG`)： - 这些宏用于根据跟踪级别输出相应级别的跟踪信息。当跟踪级别高于宏定义的级别时，才会输出相应级别的跟踪信息，否则会被忽略。
2、编写main函数。 我已经编写了一个使用ucos-iii的简单的示例代码，代码如下。
- /*!
- * [url=home.php?mod=space&uid=288409]@file[/url] main.c
- *
- * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Main program body
- *
- * [url=home.php?mod=space&uid=895143]@version[/url] V1.0.3
- *
- * [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url] 2023-07-31
- *
- * @attention
- *
- * Copyright (C) 2021-2023 Geehy Semiconductor
- *
- * You may not use this file except in compliance with the
- * GEEHY COPYRIGHT NOTICE (GEEHY SOFTWARE PACKAGE LICENSE).
- *
- * The program is only for reference, which is distributed in the hope
- * that it will be useful and instructional for customers to develop
- * their software. Unless required by applicable law or agreed to in
- * writing, the program is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
- * ANY WARRANTY OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
- * See the GEEHY SOFTWARE PACKAGE LICENSE for the governing permissions
- * and limitations under the License.
- */
- /* Includes */
- #include "main.h"
- #include "Board.h"
- #include <stdio.h>
- #include <os.h>
- #include <app_cfg.h>
- #define DEBUG_USART USART1
- /** @addtogroup Examples
- @{
- */
- /** @addtogroup Template
- @{
- */
- /** @defgroup Template_Functions Functions
- @{
- */
-
- #define STACK_SIZE 128 // Stack size for LED task
- #define LED_TASK_PRIO 5 // Priority for LED task
- #define SERIAL_TASK_PRIO 6 // Priority for serial print task
- OS_TCB ledTaskTCB; // Task Control Block for LED task
- OS_TCB serialTaskTCB; // Task Control Block for serial print task
- CPU_STK ledTaskStk[STACK_SIZE]; // Stack for LED task
- CPU_STK serialTaskStk[STACK_SIZE]; // Stack for serial print task
- OS_FLAG_GRP ledFlagGrp; // Event flag group for LED task
- void ledTask(void *p_arg);
- void serialPrintTask(void *p_arg);
- /*!
- * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Main program
- *
- * @param None
- *
- * @retval None
- */
- int main(void)
- {
- USART_Config_T usartConfig;
-
- /* Configure USART */
- usartConfig.baudRate = 115200;
- usartConfig.wordLength = USART_WORD_LEN_8B;
- usartConfig.stopBits = USART_STOP_BIT_1;
- usartConfig.parity = USART_PARITY_NONE ;
- usartConfig.mode = USART_MODE_TX_RX;
- usartConfig.hardwareFlow = USART_HARDWARE_FLOW_NONE;
-
- SysTick_Config(RCM_ReadSYSCLKFreq()/1000);
- APM_MINI_COMInit(COM1,&usartConfig);
-
- APM_MINI_LEDInit(LED2);
- APM_MINI_LEDInit(LED3);
-
- // printf("Hello world!\r\n");
-
- OS_ERR err;
- // Initialize uC/OS-III
- OSInit(&err);
- // Create LED event flag group
- OSFlagCreate(&ledFlagGrp, "LED Flags", 0, &err);
- // Create LED task
- OSTaskCreate(&ledTaskTCB, "LED Task", ledTask, NULL, LED_TASK_PRIO, ledTaskStk, 0, STACK_SIZE, 0, 0, NULL, (OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), &err);
- // Create serial print task
- OSTaskCreate(&serialTaskTCB, "Serial Print Task", serialPrintTask, NULL, SERIAL_TASK_PRIO, serialTaskStk, 0, STACK_SIZE, 0, 0, NULL, (OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), &err);
- // Start multitasking
- OSStart(&err);
-
-
- while (1)
- {
- }
- }
- void ledTask(void *p_arg) {
- OS_ERR err;
- (void)p_arg;
- while (1) {
-
- // Toggle LEDs
- APM_MINI_LEDToggle(LED2);
- APM_MINI_LEDToggle(LED3);
-
- OSFlagPost(&ledFlagGrp, 0x01, OS_OPT_POST_FLAG_SET, &err); // Set flag to toggle LED
- OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 500, OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT, &err); // Delay for 500 milliseconds
- }
- }
- void serialPrintTask(void *p_arg) {
- OS_ERR err;
- CPU_TS ts;
- (void)p_arg;
- while (1) {
- OSFlagPend(&ledFlagGrp, 0x01, 0, OS_OPT_PEND_FLAG_SET_ALL + OS_OPT_PEND_FLAG_CONSUME, &ts, &err); // Wait for flag to be set
- printf("LED toggled\r\n"); // Print message over serial
- }
- }
- #if defined (__CC_ARM) || defined (__ICCARM__) || (defined(__ARMCC_VERSION) && (__ARMCC_VERSION >= 6010050))
- /*!
- * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Redirect C Library function printf to serial port.
- * After Redirection, you can use printf function.
- *
- * @param ch: The characters that need to be send.
- *
- * @param *f: pointer to a FILE that can recording all information
- * needed to control a stream
- *
- * @retval The characters that need to be send.
- *
- * @note
- */
- int fputc(int ch, FILE* f)
- {
- /* send a byte of data to the serial port */
- USART_TxData(DEBUG_USART, (uint8_t)ch);
- /* wait for the data to be send */
- while (USART_ReadStatusFlag(DEBUG_USART, USART_FLAG_TXBE) == RESET);
- return (ch);
- }
- #elif defined (__GNUC__)
- /*!
- * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Redirect C Library function printf to serial port.
- * After Redirection, you can use printf function.
- *
- * @param ch: The characters that need to be send.
- *
- * @retval The characters that need to be send.
- *
- * @note
- */
- int __io_putchar(int ch)
- {
- /* send a byte of data to the serial port */
- USART_TxData(DEBUG_USART, ch);
- /* wait for the data to be send */
- while (USART_ReadStatusFlag(DEBUG_USART, USART_FLAG_TXBE) == RESET);
- return ch;
- }
- /*!
- * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Redirect C Library function printf to serial port.
- * After Redirection, you can use printf function.
- *
- * @param file: Meaningless in this function.
- *
- * @param *ptr: Buffer pointer for data to be sent.
- *
- * @param len: Length of data to be sent.
- *
- * @retval The characters that need to be send.
- *
- * @note
- */
- int _write(int file, char* ptr, int len)
- {
- int i;
- for (i = 0; i < len; i++)
- {
- __io_putchar(*ptr++);
- }
- return len;
- }
- #else
- #warning Not supported compiler type
- #endif
- /**@} end of group Template_Functions */
- /**@} end of group Template */
- /**@} end of group Examples */
我们可以简单分析一下这段代码，这段代码实现了两个任务：LED任务 (`ledTask`) 和串行打印任务(`serialPrintTask`)。以下是代码的主要功能和实现细节： 1. **任务优先级和堆栈大小定义**： - 定义了LED任务和串行打印任务的优先级 (`LED_TASK_PRIO` 和`SERIAL_TASK_PRIO`)，以及任务堆栈大小 (`STACK_SIZE`)。 - 定义了LED任务和串行打印任务的任务控制块 (TCB) 和堆栈数组。 2. **uC/OS-III初始化**： - 使用`OSInit()` 函数初始化uC/OS-III。 3. **串口和LED初始化**： - 配置了USART1作为调试串口，并初始化LED2和LED3。 4. **任务创建**： - 使用`OSTaskCreate()` 函数创建LED任务和串行打印任务。 - `ledTask` 函数用于定期切换LED状态，并通过设置事件标志组通知串行打印任务。 - `serialPrintTask`函数等待事件标志组的设置，然后通过串口打印消息。 5. **事件标志组创建**： - 使用`OSFlagCreate()` 函数创建了一个名为 "LED Flags" 的事件标志组 (`ledFlagGrp`)。 6. **多任务启动**： - 使用`OSStart()` 函数启动uC/OS-III多任务调度。 7. **主循环**： - 在`main` 函数的无限循环中，没有具体的操作，只是用来保持程序运行。 8. **LED控制和定时延迟**： - `ledTask` 定期切换LED2和LED3的状态，然后通过设置事件标志组通知串行打印任务。 - `serialPrintTask`等待事件标志组的设置，并在收到通知后通过USART串口打印消息。 9. **系统时钟设置**： - 使用`SysTick_Config()` 函数配置系统时钟，用于提供定时功能。
总体来说，这份代码展示了如何使用uC/OS-III创建并管理多个任务，通过事件标志组实现任务之间的同步，以及使用USART进行串行通信。
四、编译与下载
初次编译时会报错，原因是ucos-iii系统文件中已经实现了这两个中断服务函数。
注释apm32f4xx_int.c中这两个中断服务函数的实现，再次编译。
编译无误，下载代码。 可以看到LED每隔0.5s翻转一次，当 LED的状态变化时，串口都会打印一串信息。（这里LED翻转的现象就不上传了）
附件是我已经搭建好的一个例程，有需要的可自行下载，欢迎各位讨论交流。
附件：
APM32F4移植uCOSIII.zip
(2.15 MB, 下载次数: 21)
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