【APM32F402R Micro-EVB开发板测评】在极海APM32F4上部署微软ThreadX系统的实践记录

发表于 2025-7-23 15:57

本帖最后由 hbzjt2011 于 2025-7-23 16:00 编辑

#申请原创# #技术资源#@21小跑堂
前言

在使用APM32F402R Micro-EVB开发板时，发现官方提供了基于FreeRTOS的工程示例。既然APM32F4这颗芯片性能不错，资源如此丰富，为什么不试试跑一下微软的ThreadX呢？本文记录了在APM32F4上运行ThreadX RTOS的完整过程，仅供参考。

1.关于ThreadX这个系统

说到ThreadX，可能很多人没听过，但在某些领域它可是大名鼎鼎。这个系统最初是Express Logic公司开发的，后来被微软收购并开源了。

为什么说它厉害？主要是因为它的资质够硬：

拿到了医疗器械的FDA认证
通过了汽车功能安全的最高等级ASIL D
满足航空级DO-178B标准
符合核电站IEC-61508安全要求

简单来说，就是那些对可靠性要求极高的场合都在用它。虽然我们平时开发可能用不到这么高的标准，但能在自己的板子上跑一下这样的系统，还是挺有意思的。

相关链接：

https://github.com/eclipse-threadx/rtos-docs
2.准备工作
硬件环境

APM32F402R Micro-EVB开发板，最高工作频率120Mhz，128KB Flash，32KB SRAM，资源还算充裕。

软件准备

开发环境用的是Keil MDK，版本要求5.30以上。需要下载两个东西：

极海官网的APM32F4 SDK包，链接：https://geehy.com/design/software
GitHub上的ThreadX源码包，链接：https://github.com/eclipse-threadx/threadx

环境搭建思路

我的想法是以SDK里面的SysTick例程为基础，把ThreadX的代码集成进去。这样既能保留原有的硬件抽象层，又能快速验证ThreadX的功能。

动手实现代码结构整理

首先把ThreadX的源码复制到SDK的中间件目录下，然后新建一个工程目录，把需要的文件都整理好。

主要涉及三个部分的代码：

ThreadX的内核代码（通用部分）
Cortex-M4架构相关的移植代码
我们自己写的应用代码

ThreadX对Cortex-M4有专门的适配，需要在编译器里设置好头文件路径和一些特殊的编译选项。特别是汇编器，需要加上预处理器支持，不然编译会报错。

3. 具体步骤：
1. 首先将ThreadX 源码拷贝到 ..\APM32F402_403_SDK_V1.0.1\Middlewares 文件夹下

ThreadX源码目录结构：

复制

.

├── cmake                        # CMakelist files for building the project

├── common                       # Core ThreadX files

├── common_modules               # Core ThreadX module files

├── common_smp                   # Core ThreadX SMP files

├── docs                         # Documentation supplements

├── ports                        # Architecture and compiler specific files. See below for directory breakdown     

│   ├── cortex_m7     

│   │   ├── iar                  # Example IAR compiler sample project

│   │   │   ├── example build    # IAR workspace and sample project files

│   │   │   ├── inc              # tx_port.h for this architecture

│   │   │   └── src              # Source files for this architecture

│   │   ├── ac6                  # Example ac6/Keil sample project

│   │   ├── gnu                  # Example gnu sample project

│   │   └── ...

│   └── ...        

├── ports_modules                # Architecture and compiler specific files for threadX modules

├── ports_smp                    # Architecture and compiler specific files for threadX SMP

├── samples                      # demo_threadx.c

└── utility                      # Test cases and utilities

2. 拷贝官方SDK示例文件夹中的SysTick副本，并命名为ThreadX作为工程文件夹

3. 拷贝ThreadX源码目录中APM32F402_403_SDK_V1.0.1\Middlewares\threadx-6.4.2_rel\ports\cortex_m4\ac6\example_build\sample_threadx文件夹下的tx_initialize_low_level.S 文件，到我们的工程目录源文件夹下APM32F402_403_SDK_V1.0.1\Examples\Board_APM32F402_Tiny\TheadX\ThreadX_APM32\Source:

4. 在工程目录中创建ThreadX/ports文件夹，并添加APM32F402_403_SDK_V1.0.1\Middlewares\threadx-6.4.2_rel\ports\cortex_m4\ac6\src目录下的所有.S文件以及工程源码目录下的tx_initialize_low_level.S文件到该文件夹下：

5. 在工程目录中创建ThreadX/common文件夹，并将ThreadX源码目录下的common文件夹下src文件全部添加到该文件夹中，此文件夹为ThreadX系统实现的核心源文件：

6. 在工程目录中的Application文件下夹创建tx_application_ entry.c文件，作为后续主程序入口：

7. 更改默认编译器为AC6

8. 添加如下头文件目录：

复制

1. "... \... \... \... \... \... \Middlewares\threadx-6.4.2_rel\ports\cortex_m4\ac6\inc"

2. "... \... \... \... \... \Middlewares\threadx-6.4.2_rel\common\inc"

9. 在Options->Asm下添加如下头文件目录。

10. 修改tx_initialize_low_level.s中的时钟、堆栈以及中断向量表设置：

复制

@/***************************************************************************

[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] * Copyright (c) 2024 Microsoft Corporation 

[url=home.php?mod=space&uid=72445]@[/url] * 

@ * This program and the accompanying materials are made available under the

@ * terms of the MIT License which is available at

@ * https://opensource.org/licenses/MIT.

@ * 

@ * SPDX-License-Identifier: MIT

@ **************************************************************************/

@

@

@/**************************************************************************/

@/**************************************************************************/

@/**                                                                       */

@/** ThreadX Component                                                     */

@/**                                                                       */

@/**   Initialize                                                          */

@/**                                                                       */

@/**************************************************************************/

@/**************************************************************************/

@

@

    .global     _tx_thread_system_stack_ptr

    .global     _tx_initialize_unused_memory

    .global     _tx_timer_interrupt

    .global     __main

    .global     __tx_SVCallHandler

    .global     __tx_PendSVHandler

    .global     __tx_NMIHandler                     @ NMI

    .global     __tx_BadHandler                     @ HardFault

    .global     __tx_SVCallHandler                  @ SVCall

    .global     __tx_DBGHandler                     @ Monitor

    .global     __tx_PendSVHandler                  @ PendSV

    .global     __tx_SysTickHandler                 @ SysTick

    .global     __tx_IntHandler                     @ Int 0

        

        .extern __initial_sp

        .extern __Vectors

        .global vector_table

        vector_table = __Vectors



@

@

SYSTEM_CLOCK      =   16000000

SYSTICK_CYCLES    =   ((SYSTEM_CLOCK / 100) -1)



    .text 32

    .align 4

    .syntax unified

@/**************************************************************************/

@/*                                                                        */

@/*  FUNCTION                                               RELEASE        */

@/*                                                                        */

@/*    _tx_initialize_low_level                          Cortex-M4/AC6     */

@/*                                                           6.1          */

@/*  AUTHOR                                                                */

@/*                                                                        */

@/*    William E. Lamie, Microsoft Corporation                             */

@/*                                                                        */

@/*  DESCRIPTION                                                           */

@/*                                                                        */

@/*    This function is responsible for any low-level processor            */

@/*    initialization, including setting up interrupt vectors, setting     */

@/*    up a periodic timer interrupt source, saving the system stack       */

@/*    pointer for use in ISR processing later, and finding the first      */

@/*    available RAM memory address for tx_application_define.             */

@/*                                                                        */

@/*  INPUT                                                                 */

@/*                                                                        */

@/*    None                                                                */

@/*                                                                        */

@/*  OUTPUT                                                                */

@/*                                                                        */

@/*    None                                                                */

@/*                                                                        */

@/*  CALLS                                                                 */

@/*                                                                        */

@/*    None                                                                */

@/*                                                                        */

@/*  CALLED BY                                                             */

@/*                                                                        */

@/*    _tx_initialize_kernel_enter           ThreadX entry function        */

@/*                                                                        */

@/*  RELEASE HISTORY                                                       */

@/*                                                                        */

@/*    DATE              NAME                      DESCRIPTION             */

@/*                                                                        */

@/*  09-30-2020     William E. Lamie         Initial Version 6.1           */

@/*                                                                        */

@/**************************************************************************/

[url=home.php?mod=space&uid=34493]@void[/url]   _tx_initialize_low_level(VOID)

@{

    .global  _tx_initialize_low_level

    .thumb_func

_tx_initialize_low_level:

@

@    /* Disable interrupts during ThreadX initialization.  */

@

    CPSID   i

@

@    /* Set base of available memory to end of non-initialised RAM area.  */

@

    LDR     r0, =_tx_initialize_unused_memory       @ Build address of unused memory pointer

        LDR         r1, =__initial_sp                                                @ Build first free address

    ADD     r1, r1, #4                              @

    STR     r1, [r0]                                @ Setup first unused memory pointer

@

@    /* Setup Vector Table Offset Register.  */

@

    MOV     r0, #0xE000E000                         @ Build address of NVIC registers

    LDR     r1, =vector_table                       @ Pickup address of vector table

    STR     r1, [r0, #0xD08]                        @ Set vector table address

@

@    /* Set system stack pointer from vector value.  */

@

    LDR     r0, =_tx_thread_system_stack_ptr        @ Build address of system stack pointer

    LDR     r1, =vector_table                       @ Pickup address of vector table

    LDR     r1, [r1]                                @ Pickup reset stack pointer

    STR     r1, [r0]                                @ Save system stack pointer

@

@    /* Enable the cycle count register.  */

@

    LDR     r0, =0xE0001000                         @ Build address of DWT register

    LDR     r1, [r0]                                @ Pickup the current value

    ORR     r1, r1, #1                              @ Set the CYCCNTENA bit

    STR     r1, [r0]                                @ Enable the cycle count register

@

@    /* Configure SysTick for 100Hz clock, or 16384 cycles if no reference.  */

@

    MOV     r0, #0xE000E000                         @ Build address of NVIC registers

    LDR     r1, =SYSTICK_CYCLES

    STR     r1, [r0, #0x14]                         @ Setup SysTick Reload Value

    MOV     r1, #0x7                                @ Build SysTick Control Enable Value

    STR     r1, [r0, #0x10]                         @ Setup SysTick Control

@

@    /* Configure handler priorities.  */

@

    LDR     r1, =0x00000000                         @ Rsrv, UsgF, BusF, MemM

    STR     r1, [r0, #0xD18]                        @ Setup System Handlers 4-7 Priority Registers



    LDR     r1, =0xFF000000                         @ SVCl, Rsrv, Rsrv, Rsrv

    STR     r1, [r0, #0xD1C]                        @ Setup System Handlers 8-11 Priority Registers

                                                    @ Note: SVC must be lowest priority, which is 0xFF



    LDR     r1, =0x40FF0000                         @ SysT, PnSV, Rsrv, DbgM

    STR     r1, [r0, #0xD20]                        @ Setup System Handlers 12-15 Priority Registers

                                                    @ Note: PnSV must be lowest priority, which is 0xFF



@

@    /* Return to caller.  */

@

    BX      lr

@}

@



@/* Define shells for each of the unused vectors.  */

@

    .global  __tx_BadHandler

    .thumb_func

__tx_BadHandler:

    B       __tx_BadHandler



@ /* added to catch the hardfault */



    .global  __tx_HardfaultHandler

    .thumb_func

__tx_HardfaultHandler:

    B       __tx_HardfaultHandler





@ /* added to catch the SVC */



    .global  __tx_SVCallHandler

    .thumb_func

__tx_SVCallHandler:

    B       __tx_SVCallHandler





@ /* Generic interrupt handler template */

    .global  __tx_IntHandler

    .thumb_func

__tx_IntHandler:

@ VOID InterruptHandler (VOID)

@ {

    PUSH    {r0, lr}

#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY

    BL      _tx_execution_isr_enter             @ Call the ISR enter function

#endif



@    /* Do interrupt handler work here */

@    /* BL <your C Function>.... */



#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY

    BL      _tx_execution_isr_exit              @ Call the ISR exit function

#endif

    POP     {r0, lr}

    BX      LR

@ }



@ /* System Tick timer interrupt handler */

    .global  __tx_SysTickHandler

    .global  SysTick_Handler

    .thumb_func

__tx_SysTickHandler:

    .thumb_func

SysTick_Handler:

@ VOID TimerInterruptHandler (VOID)

@ {

@

    PUSH    {r0, lr}

#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY

    BL      _tx_execution_isr_enter             @ Call the ISR enter function

#endif

    BL      _tx_timer_interrupt

#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY

    BL      _tx_execution_isr_exit              @ Call the ISR exit function

#endif

    POP     {r0, lr}

    BX      LR

@ }





@ /* NMI, DBG handlers */

    .global  __tx_NMIHandler

    .thumb_func

__tx_NMIHandler:

    B       __tx_NMIHandler



    .global  __tx_DBGHandler

    .thumb_func

__tx_DBGHandler:

    B       __tx_DBGHandler

11. 编写tx_application_ entry.c源程序，创建两个线程，并设置优先级：

为了验证系统工作正常，我写了两个简单的任务：

第一个任务控制LED2，每0.5秒闪烁一次
第二个任务控制LED3，每1秒闪烁一次
两个任务都会通过串口输出运行状态

代码实现上，ThreadX的API还是比较直观的：

复制

/* Includes ***************************************************************/

#include "main.h"

#include "board_apm32f402_403_tiny.h"

#include <stdio.h>

#include "tx_api.h"



#define TX_APPLICATION1_PRIO 2

#define TX_APPLICATION1_STACK_SIZE 1024



static TX_THREAD tx_application1;



uint8_t tx_application1_stack[TX_APPLICATION1_STACK_SIZE];



#define TX_APPLICATION2_PRIO 3



#define TX_APPLICATION2_STACK_SIZE 1024



static TX_THREAD tx_application2;



uint8_t tx_application2_stack[TX_APPLICATION2_STACK_SIZE];



void my_tx_application1_entry(ULONG thread_input)

{



        /* Enter into a forever loop. */



        while(1)

        {



                printf("ThreadX 1 application running...\r\n");



                BOARD_LED_Toggle(LED2);



                /* Sleep for 1500 tick. */



                tx_thread_sleep(500);



                }



        }



void my_tx_application2_entry(ULONG thread_input)

{



        /* Enter into a forever loop. */

        while(1)

        {



                printf("ThreadX 2 application running...\r\n");



                BOARD_LED_Toggle(LED3);



                /* Sleep for 1000 tick. */



                tx_thread_sleep(1000);

        }



}



void tx_application_define(void *first_unused_memory)

{



        /* Create thread */



        tx_thread_create(&tx_application1, "thread 1", my_tx_application1_entry, 0, &tx_application1_stack[0], TX_APPLICATION1_STACK_SIZE, TX_APPLICATION1_PRIO, TX_APPLICATION1_PRIO, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);



        tx_thread_create(&tx_application2, "thread 2", my_tx_application2_entry, 0, &tx_application2_stack[0], TX_APPLICATION2_STACK_SIZE, TX_APPLICATION2_PRIO, TX_APPLICATION2_PRIO, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);



}



void _tx_thread_stack_error_handler(void)

{

    while(1);  

}

12. 编写主程序，重定向串口打印：

复制

/* Includes ***************************************************************/

#include "main.h"

#include "board_apm32f402_403_tiny.h"

#include <stdio.h>

#include "tx_api.h"



/* Private includes *******************************************************/



/* Private macro **********************************************************/

/** printf using USART1 */

#define DEBUG_USART USART1



/* Private typedef ********************************************************/



/* Private variables ******************************************************/



/* Private function prototypes ********************************************/

void Delay(uint32_t cnt);



/* External variables *****************************************************/

volatile uint32_t delayCnt = 0;



/* External functions *****************************************************/



/**

 * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]   Main program

 *

 * @param   None

 *

 * @retval  None

 */

int main(void)

{

                USART_Config_T usartConfigStruct;



                usartConfigStruct.baudRate = 115200;

                usartConfigStruct.hardwareFlow = USART_HARDWARE_FLOW_NONE;

                usartConfigStruct.mode = USART_MODE_TX;

                usartConfigStruct.parity = USART_PARITY_NONE;

                usartConfigStruct.stopBits = USART_STOP_BIT_1;

                usartConfigStruct.wordLength = USART_WORD_LEN_8B;



                BOARD_COM_Config(COM1, &usartConfigStruct);



                BOARD_LED_Config(LED2);

                BOARD_LED_Config(LED3);



                printf("ThreadX RTOS on APM32F402R Micro-EVB Board\r\n");



                tx_kernel_enter();



    /* Infinite loop */

    while (1)

    {

      

    }

}



void Delay(uint32_t cnt)

{

    delayCnt = cnt;

    while(delayCnt);

}



/*!



* 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.



*/



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);



}

13. 编译下载程序：

14. 查看串口输出及LED灯的变化:

注意事项：
中断冲突处理

ThreadX需要接管几个系统级中断，特别是PendSV和SysTick。需要在APM32的中断处理文件里把这两个函数注释掉，避免重复定义。

一些感受技术层面

ThreadX的代码质量确实不错，注释详细，架构清晰。虽然移植过程中遇到了一些细节问题，但总体来说还是比较顺利的。

系统的实时性表现也很好，任务切换开销很小，对于大多数嵌入式应用来说完全够用。

实用价值

对于一般的项目，ThreadX可能有点"大材小用"了，毕竟FreeRTOS已经能满足大部分需求。但如果你的项目对可靠性要求特别高，或者需要通过某些安全认证，ThreadX确实是个不错的选择。

另外，学习ThreadX也有助于理解高质量RTOS的设计思路，对提升技术水平还是有帮助的。

后续计划

目前只是跑通了基本功能，后面还可以尝试：

集成ThreadX的网络协议栈
测试一下文件系统组件
研究一下它的调试和分析工具
看看能不能移植到其他芯片平台

小结

在APM32F4上跑ThreadX整体来说是可行的，虽然移植过程需要一些底层知识，但最终效果还是令人满意的。对于想要体验企业级RTOS的朋友，不妨动手试试。

代码我已经整理好了，有需要的朋友可以留言交流。希望这个分享对大家有所帮助！

[APM32F4] 【APM32F402R Micro-EVB开发板测评】在极海APM32F4上部署微软ThreadX系统的实践记录

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