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[APM32F4] 【APM32F402R Micro-EVB开发板测评】APM32F402移植μC/OS-III详细教程

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 楼主| hbzjt2011 发表于 2025-7-24 21:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
ic, 开发板, Micro, OS-II, OS-III, ev
本帖最后由 hbzjt2011 于 2025-7-24 21:26 编辑

#申请原创# @21小跑堂
1. 前言
APM32F402是极海半导体推出的32位ARM Cortex-M4内核微控制器，与STM32F4系列高度兼容。μC/OS-III是Micrium公司开发的抢占式实时操作系统内核，支持无限制的任务数量和优先级。本教程将详细介绍如何将μC/OS-III移植到APM32F402平台。

2. 准备工作2.1 所需软件工具
  • Keil MDK-ARM 开发环境
  • APM32F402 开发板及相关驱动
  • μC/OS-III源码 (从GitHub或Micrium官网获取)
  • APM32F402 HAL库 或标准外设库
2.2 获取μC/OS-III源码
μC/OS-III需要以下三个组件：
  • μC/OS-III: 操作系统内核
  • μC/CPU: CPU相关的代码
  • μC/LIB: Micrium公司提供的通用库
可以从以下途径获取：

3. μC/OS-III源码结构分析3.1 目录结构
复制
  1. μC/OS-III/
    

  2. ├── Source/           # 内核源码文件
    

  3. ├── Ports/            # 各种CPU架构的移植文件
    

  4. │   └── ARM-Cortex-M4/
    

  5. │       └── Generic/
    

  6. │           └── RealView/  # ARM编译器相关文件
    

  7. ├── Template/         # 配置模板文件
    

  8. └── Cfg/             # 配置文件
3.2 核心文件说明
  • os_core.c: 系统核心功能
  • os_task.c: 任务管理
  • os_time.c: 时间管理
  • os_cfg_app.h: 应用配置头文件
  • os_cfg.h: 系统配置头文件
4. 移植步骤详解
4.1 第一步：下载所需源码文件
在官方SDK文件夹中的..\APM32F402_403_SDK_V1.0.1\Middlewares目录下新建uCOSIII文件夹，并从github下载所需的uC-OS3、uC-CPU以及uC-LIB三个组件：
496846882011a5a34c.png
37904688201646fcd0.png
4.2 第二步：建立基础工程
复制SDK中..\APM32F402_403_SDK_V1.0.1\Examples\Board_APM32F402_Tiny文件夹中的SysTick文件夹并重新命名为uCOSIII，同时更新工程文件名字为uCOSIII_APM32:
106876882026938f72.png
111416882030ac559e.png
4.3 第三步：添加μC/OS-III源码
在工程中创建以下分组并添加对应文件：
uCOS-III/Source 分组
添加以下源文件：
复制
  1. os_cfg_app.c
    

  2. os_core.c
    

  3. os_dbg.c
    

  4. os_flag.c
    

  5. os_int.c
    

  6. os_mem.c
    

  7. os_msg.c
    

  8. os_mutex.c
    

  9. os_pend_multi.c
    

  10. os_prio.c
    

  11. os_q.c
    

  12. os_sem.c
    

  13. os_stat.c
    

  14. os_task.c
    

  15. os_tick.c
    

  16. os_time.c
    

  17. os_tmr.c
    

  18. os_var.c

89757688204aa3bf50.png
2502268821ef32423f.png
uCOS-III/Ports 分组
添加Cortex-M4相关的移植文件：
复制
  1. os_cpu_a.s          # 汇编文件，包含上下文切换代码  
    

  2. os_cpu_c.c          # C语言实现的CPU相关函数
    

  3. os_cpu.h            # CPU相关头文件
22172688206e800cf7.png
uC-CPU 分组
复制
  1. cpu_core.c
7643668820809dd351.png
uC-LIB 分组
复制
  1. lib_ascii.c
    

  2. lib_math.c
    

  3. lib_mem.c
    

  4. lib_str.c
449316882087fed25f.png
uC-MISC 分组
复制
  1. bsp_cpu.c
55082688209568a0fc.png
4.4 第四步：配置包含路径
在工程选项中添加以下包含路径：
复制
  1. .\μCOS-III\Source
    

  2. .\μCOS-III\Ports\ARM-Cortex-M4\Generic\RealView
    

  3. .\μC-CPU
    

  4. .\μC-CPU\ARM-Cortex-M4\RealView
    

  5. .\μC-LIB
6148168820af54f16f.png
4.5 第五步：添加app_cfg.h配置文件
2875468820c61f3314.png
复制

  1. 

  2. #ifndef  APP_CFG_MODULE_PRESENT
    

  3. #define  APP_CFG_MODULE_PRESENT
    


  4. 


  5. 

  6. /*
    

  7. *********************************************************************************************************
    

  8. *                                       MODULE ENABLE / DISABLE
    

  9. *********************************************************************************************************
    

  10. */
    


  11. 

  12. #define  APP_CFG_SERIAL_EN                      DEF_ENABLED
    


  13. 


  14. 

  15. /*
    

  16. *********************************************************************************************************
    

  17. *                                            TASK PRIORITIES
    

  18. *********************************************************************************************************
    

  19. */
    


  20. 

  21. #define  APP_CFG_TASK_START_PRIO                2u
    

  22. #define  APP_CFG_TASK_OBJ_PRIO                  3u
    

  23. #define  APP_HIGH_PRIORITY                      (APP_CFG_TASK_START_PRIO+1)
    

  24. /*
    

  25. *********************************************************************************************************
    

  26. *                                            TASK STACK SIZES
    

  27. *                             Size of the task stacks (# of OS_STK entries)
    

  28. *********************************************************************************************************
    

  29. */
    


  30. 

  31. #define  APP_CFG_TASK_START_STK_SIZE            512u
    

  32. #define  APP_CFG_TASK_OBJ_STK_SIZE              512u
    


  33. 


  34. 

  35. /*
    

  36. *********************************************************************************************************
    

  37. *                                     TRACE / DEBUG CONFIGURATION
    

  38. *********************************************************************************************************
    

  39. */
    


  40. 

  41. #ifndef  TRACE_LEVEL_OFF
    

  42. #define  TRACE_LEVEL_OFF                        0u
    

  43. #endif
    


  44. 

  45. #ifndef  TRACE_LEVEL_INFO
    

  46. #define  TRACE_LEVEL_INFO                       1u
    

  47. #endif
    


  48. 

  49. #ifndef  TRACE_LEVEL_DBG
    

  50. #define  TRACE_LEVEL_DBG                        2u
    

  51. #endif
    


  52. 


  53. 

  54. #if (APP_CFG_SERIAL_EN == DEF_ENABLED)
    

  55. #define  APP_TRACE_LEVEL                        TRACE_LEVEL_DBG
    

  56. #else
    

  57. #define  APP_TRACE_LEVEL                        TRACE_LEVEL_OFF
    

  58. #endif
    

  59. #define  APP_TRACE                              printf
    


  60. 

  61. #define  APP_TRACE_INFO(x)               ((APP_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_INFO)  ? (void)(APP_TRACE x) : (void)0)
    

  62. #define  APP_TRACE_DBG(x)                ((APP_TRACE_LEVEL >= TRACE_LEVEL_DBG)   ? (void)(APP_TRACE x) : (void)0)
    


  63. 

  64. #endif
4.6 第六步：修改启动文件修改 startup_apm32f402.s将PendSV_Handler 和 SysTick_Handler 分别改为OS_CPU_PendSVHandler 和OS_CPU_SysTickHandler
7389368822f08d65f6.png 6471468822f21b32e4.png
4.7 第七步：编写应用程序main.c 示例代码
复制
  1. /**
    

  2.  * [url=home.php?mod=space&uid=288409]@file[/url]        main.c
    

  3.  *
    

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

  5.  *
    

  6.  * [url=home.php?mod=space&uid=895143]@version[/url]     V1.0.0
    

  7.  *
    

  8.  * [url=home.php?mod=space&uid=212281]@date[/url]        2024-12-01
    

  9.  *
    

  10.  * @attention
    

  11.  *
    

  12.  *  Copyright (C) 2024-2025 Geehy Semiconductor
    

  13.  *
    

  14.  *  You may not use this file except in compliance with the
    

  15.  *  GEEHY COPYRIGHT NOTICE (GEEHY SOFTWARE PACKAGE LICENSE).
    

  16.  *
    

  17.  *  The program is only for reference, which is distributed in the hope
    

  18.  *  that it will be useful and instructional for customers to develop
    

  19.  *  their software. Unless required by applicable law or agreed to in
    

  20.  *  writing, the program is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT
    

  21.  *  ANY WARRANTY OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
    

  22.  *  See the GEEHY SOFTWARE PACKAGE LICENSE for the governing permissions
    

  23.  *  and limitations under the License.
    

  24.  */
    


  25. 

  26. /* Includes ***************************************************************/
    

  27. #include "main.h"
    

  28. #include "board_apm32f402_403_tiny.h"
    

  29. #include <stdio.h>
    

  30. #include "os.h"
    

  31. #include "app_cfg.h"
    


  32. 

  33. /* Private includes *******************************************************/
    


  34. 

  35. /* Private macro **********************************************************/
    


  36. 

  37. /* Private typedef ********************************************************/
    

  38. #define DEBUG_USART USART1
    


  39. 


  40. 

  41. /* Private variables ******************************************************/
    

  42. // 任务控制块
    

  43. static OS_TCB AppTaskStartTCB;
    

  44. static OS_TCB AppTask1TCB;
    

  45. static OS_TCB AppTask2TCB;
    


  46. 

  47. // 任务堆栈
    

  48. static CPU_STK AppTaskStartStk[128];
    

  49. static CPU_STK AppTask1Stk[128];
    

  50. static CPU_STK AppTask2Stk[128];
    


  51. 

  52. // 任务函数声明
    

  53. static void AppTaskStart(void *p_arg);
    

  54. static void AppTask1(void *p_arg);
    

  55. static void AppTask2(void *p_arg);
    


  56. 

  57. /* Private function prototypes ********************************************/
    


  58. 

  59. /* External variables *****************************************************/
    


  60. 

  61. /* External functions *****************************************************/
    


  62. 

  63. /**
    

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

  65.  *
    

  66.  * @param   None
    

  67.  *
    

  68.  * @retval  None
    

  69.  */
    

  70. int main(void)
    

  71. {
    

  72.                 USART_Config_T usartConfigStruct;
    


  73. 

  74.                 usartConfigStruct.baudRate = 115200;
    

  75.                 usartConfigStruct.hardwareFlow = USART_HARDWARE_FLOW_NONE;
    

  76.                 usartConfigStruct.mode = USART_MODE_TX;
    

  77.                 usartConfigStruct.parity = USART_PARITY_NONE;
    

  78.                 usartConfigStruct.stopBits = USART_STOP_BIT_1;
    

  79.                 usartConfigStruct.wordLength = USART_WORD_LEN_8B;
    


  80. 

  81.                 BOARD_COM_Config(COM1, &usartConfigStruct);
    

  82.                 
    

  83.     BOARD_LED_Config(LED2);
    

  84.     BOARD_LED_Config(LED3);
    

  85.     SysTick_Config(RCM_ReadSYSCLKFreq() / 1000);
    

  86.         
    

  87.                 printf("ucOSIII RTOS on APM32F402R Micro-EVB Board\r\n");
    

  88.         
    

  89.                 OS_ERR err;
    

  90.                         
    

  91.                         // 初始化μC/OS-III
    

  92.                         OSInit(&err);
    

  93.                         
    

  94.                         // 创建启动任务
    

  95.                         OSTaskCreate((OS_TCB       *)&AppTaskStartTCB,
    

  96.                                                                          (CPU_CHAR     *)"App Task Start",
    

  97.                                                                          (OS_TASK_PTR   )AppTaskStart,
    

  98.                                                                          (void         *)0,
    

  99.                                                                          (OS_PRIO       )4,
    

  100.                                                                          (CPU_STK      *)&AppTaskStartStk[0],
    

  101.                                                                          (CPU_STK_SIZE  )128/10,
    

  102.                                                                          (CPU_STK_SIZE  )128,
    

  103.                                                                          (OS_MSG_QTY    )0,
    

  104.                                                                          (OS_TICK       )0,
    

  105.                                                                          (void         *)0,
    

  106.                                                                          (OS_OPT        )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
    

  107.                                                                          (OS_ERR       *)&err);
    

  108.                         
    

  109.                         // 启动多任务调度
    

  110.                         OSStart(&err);
    

  111.     
    


  112. 

  113.     /* Infinite loop */
    

  114.     while (1)
    

  115.     {
    

  116.                                 
    

  117.     }
    

  118. }
    


  119. 

  120. static void AppTaskStart(void *p_arg)
    

  121. {
    

  122.     OS_ERR err;
    

  123.     
    

  124.     // 创建其他任务
    

  125.     OSTaskCreate((OS_TCB       *)&AppTask1TCB,
    

  126.                  (CPU_CHAR     *)"App Task 1",
    

  127.                  (OS_TASK_PTR   )AppTask1,
    

  128.                  (void         *)0,
    

  129.                  (OS_PRIO       )5,
    

  130.                  (CPU_STK      *)&AppTask1Stk[0],
    

  131.                  (CPU_STK_SIZE  )128/10,
    

  132.                  (CPU_STK_SIZE  )128,
    

  133.                  (OS_MSG_QTY    )0,
    

  134.                  (OS_TICK       )0,
    

  135.                  (void         *)0,
    

  136.                  (OS_OPT        )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
    

  137.                  (OS_ERR       *)&err);
    

  138.     
    

  139.     OSTaskCreate((OS_TCB       *)&AppTask2TCB,
    

  140.                  (CPU_CHAR     *)"App Task 2", 
    

  141.                  (OS_TASK_PTR   )AppTask2,
    

  142.                  (void         *)0,
    

  143.                  (OS_PRIO       )6,
    

  144.                  (CPU_STK      *)&AppTask2Stk[0],
    

  145.                  (CPU_STK_SIZE  )128/10,
    

  146.                  (CPU_STK_SIZE  )128,
    

  147.                  (OS_MSG_QTY    )0,
    

  148.                  (OS_TICK       )0,
    

  149.                  (void         *)0,
    

  150.                  (OS_OPT        )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
    

  151.                  (OS_ERR       *)&err);
    

  152.     
    

  153.     while(1)
    

  154.     {
    

  155.         // 启动任务主循环
    

  156.         OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0, OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT, &err);
    

  157.     }
    

  158. }
    


  159. 

  160. static void AppTask1(void *p_arg)
    

  161. {
    

  162.     OS_ERR err;
    

  163.     
    

  164.     while(1)
    

  165.     {
    

  166.         // 任务1的功能代码
    

  167.         // LED2闪烁
    

  168.         BOARD_LED_Toggle(LED2);
    

  169.         OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 800, OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT, &err);
    

  170.                                 printf("LED2 toggled\r\n");
    

  171.     }
    

  172. }
    


  173. 

  174. static void AppTask2(void *p_arg)
    

  175. {
    

  176.     OS_ERR err;
    

  177.     
    

  178.     while(1)
    

  179.     {
    

  180.         // 任务2的功能代码  
    

  181.         // LED3闪烁
    

  182.         BOARD_LED_Toggle(LED3);
    

  183.         OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 500, OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT, &err);
    

  184.                                 printf("LED3 toggled\r\n");
    

  185.     }
    

  186. }
    


  187. 


  188. 

  189. /*!
    


  190. 

  191. * Redirect C Library function printf to serial port.
    


  192. 

  193. * After Redirection, you can use printf function.
    


  194. 

  195. *
    


  196. 

  197. * @param ch: The characters that need to be send.
    


  198. 

  199. *
    


  200. 

  201. * @param *f: pointer to a FILE that can recording all information
    


  202. 

  203. * needed to control a stream
    


  204. 

  205. *
    


  206. 

  207. * @retval The characters that need to be send.
    


  208. 

  209. */
    


  210. 

  211. int fputc(int ch, FILE *f)
    


  212. 

  213. {
    


  214. 

  215. /** send a byte of data to the serial port */
    


  216. 

  217.         USART_TxData(DEBUG_USART, (uint8_t)ch);
    


  218. 

  219. /** wait for the data to be send */
    


  220. 

  221. while (USART_ReadStatusFlag(DEBUG_USART, USART_FLAG_TXBE) == RESET);
    


  222. 

  223. return (ch);
    


  224. 

  225. }
    


  226. 


  227. 


  228.
串口输出及LED灯交替闪烁 7868068822fe4cb4aa.png

469506882313f5868f.gif

5. 常见问题及解决方案5.1 编译错误处理
  • 包含路径错误: 确保所有必要的头文件路径都已添加到工程中
  • 宏定义冲突: 检查os_cfg.h和os_cfg_app.h中的配置是否正确
  • 链接错误: 确保所有必要的源文件都已添加到工程中
5.2 运行时问题
  • 系统无法启动: 检查堆栈大小是否足够，建议初始堆栈至少128字节
  • 任务切换异常: 确保PendSV和SysTick中断优先级设置正确
  • 系统卡死: 检查是否有任务没有延时或阻塞，导致低优先级任务无法运行
5.3 FPU支持（如果使用浮点运算）
APM32F402支持硬件浮点单元，如果应用中需要使用浮点运算：
  • 在编译选项中启用FPU支持
  • 修改os_cpu_a.s文件中的上下文切换代码，保存和恢复浮点寄存器
  • 在任务堆栈计算中考虑浮点寄存器的空间需求


6. 性能优化建议6.1 任务优先级分配
  • 中断服务任务：优先级0-3
  • 实时性要求高的任务：优先级4-15
  • 一般应用任务：优先级16-31
6.2 堆栈大小配置
  • 简单任务：128-256字节
  • 复杂任务：512-1024字节
  • 中断堆栈：256-512字节
6.3 系统配置优化
  • 根据实际需求配置OS_CFG_PRIO_MAX，减少内存占用
  • 合理配置消息池大小
  • 启用必要的功能选项，关闭不需要的功能

7. 调试技巧7.1 使用μC/OS-III内置调试功能
复制
  1. #define OS_CFG_DBG_EN    1u    // 使能调试功能

7.2 任务运行状态监控
使用OSTaskStkChk()函数检查任务堆栈使用情况：
复制
  1. OS_STK_DATA stk_data;
    

  2. OSTaskStkChk(&AppTask1TCB, &stk_data, &err);

7.3 系统统计信息
启用系统统计功能查看CPU使用率：
复制
  1. #define OS_CFG_STAT_TASK_EN    1u

8. 总结
通过本教程，您应该能够成功将μC/OS-III移植到APM32F402平台。关键要点包括：
  • 正确配置编译环境和包含路径
  • 添加必要的源文件和移植文件
  • 修改配置文件以适应具体应用需求
  • 正确处理中断向量表
  • 合理分配任务优先级和堆栈大小
移植完成后，建议从简单的多任务程序开始测试，逐步增加复杂功能，确保系统稳定运行。

9. 参考资料
  • μC/OS-III官方文档
  • APM32F402用户手册
  • ARM Cortex-M4技术参考手册
  • 《μC/OS-III内核实现与应用开发实战指南》




  
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Gfan 发表于 2025-7-25 16:45 | 显示全部楼层
支持支持，大佬的移植测评非常详细，有心啦~希望这块板子能带来更多惊喜
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