FreeRtos——移植到 STM32 MCU 上面

1万 · 2018-9-9 20:20

现在准备的简单程序LED灯的工程目录中增加freertos文件夹：

1万 · 2018-9-9 20:20

在 source目录下的portable目录下只留下下面的文件夹：

1万 · 2018-9-9 20:21

为什么呢？

1万 · 2018-9-9 20:21

1万 · 2018-9-9 20:22

把对应文件移植在工程中之后，添加头文件路径如下图：

1万 · 2018-9-9 20:23

编译之后，报错如下：

1万 · 2018-9-9 20:23

1万 · 2018-9-9 20:23

这个时候需要观察一下这个config.h文件，

1万 · 2018-9-9 20:24

这里更改一点代码：

1万 · 2018-9-9 20:25

那个条件编译最后就是为了定义CLOCK_HZ的，cpu的频率根据硬件平台的不同，要做适当处理，所以我们直接把这个宏定义出来，180M系统时钟。

这个时候再编译，还是报错：

再编译：

没有报错了，但是我们有必要贴出这个config.h文件来说明我们采取不更改启动文件用宏实现port.c的中断服务函数和启动文件相连接：

/*
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WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
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   *                                                                      *
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   *                                                                      *
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   *                                                                      *
***************************************************************************

http://www.FreeRTOS.org/FAQHelp.html - Having a problem?  Start by reading
the FAQ page "My application does not run, what could be wrong?".  Have you
defined configASSERT()?

http://www.FreeRTOS.org/support - In return for receiving this top quality
embedded software for free we request you assist our global community by
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including FreeRTOS+Trace - an indispensable productivity tool, a DOS
compatible FAT file system, and our tiny thread aware UDP/IP stack.

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http://www.OpenRTOS.com - Real Time Engineers ltd. license FreeRTOS to High
Integrity Systems ltd. to sell under the OpenRTOS brand.  Low cost OpenRTOS
licenses offer ticketed support, indemnification and commercial middleware.

http://www.SafeRTOS.com - High Integrity Systems also provide a safety
engineered and independently SIL3 certified version for use in safety and
mission critical applications that require provable dependability.
tab == 4 spaces!
*/

/*
*=================================== 中文注解 =======================================
*
* 作者：秉火 Fire
* 论坛：www.firebbs.cn
* 淘宝：www.fire-stm32.taobao.com
*
* FreeRTOSConfig.h这个头文件用来配置FreeRTOS的功能，但是并不全面，剩下的其他功能可以
* 在FreeRTOS.h这个头文件配置，比如使能互斥信号量，使能递归信号量，使能事件标志组这些
* 内核对象的功能时，是在FreeRTOS.h这个头文件里面配置的。但是，为了方便配置，我们可以
* 统一在FreeRTOSConfig.h配置，当需要用到什么功能就把对应的宏在FreeRTOSConfig.h中使能。
*====================================================================================
*/

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H

/*-----------------------------------------------------------
* Application specific definitions.
*
* These definitions should be adjusted for your particular hardware and
* application requirements.
*
* THESE PARAMETERS ARE DESCRIBED WITHIN THE 'CONFIGURATION' SECTION OF THE
* FreeRTOS API DOCUMENTATION AVAILABLE ON THE FreeRTOS.org WEB SITE.
*
* See http://www.freertos.org/a00110.html.
*----------------------------------------------------------*/

#define configCPU_CLOCK_HZ          ( ( unsigned long ) 180000000 ) /* 系统时钟，单位为HZ */
#define configTICK_RATE_HZ          ( ( TickType_t ) 1000 )       /* SysTick中断周期，单位为HZ，1000HZ即1ms中断一次 */

/*================================================================================================================================================================
********************************************************************* FreeRTOS功能配置开始 **********************************************************************
*
* 这些宏都可以在FreeRTOS.h这个头文件里面开启，但是这个头文件里面的宏非常多，找起来很麻烦，为了方便，我们可以统一在FreeRTOSConfig.h这个头文件里面配置。
* 目前只包含了常用的配置，剩下的其他功能等需要用的时候再配置即可。
*
*===============================================================================================================================================================*/
#define configUSE_PREEMPTION       1                            /* 使能抢占式调度，否则用合作式调度，默认我们都是用抢占式 */
#define configUSE_IDLE_HOOK          0                            /* 空闲任务钩子函数，如果配置为1，这个钩子函数需要用户自己编写 */
#define configUSE_TICK_HOOK          0                            /* 时基任务钩子函数，如果配置为1，这个钩子函数需要用户自己编写*/

#define configMAX_PRIORITIES       ( 5 )                         /* 任务能使用最大优先级个数，数字越大优先级越高，范围为：0~configMAX_PRIORITIES-1
                                                               最低的0由系统分配给空闲任务，每个任务的优先级可以相同 */
#define configMINIMAL_STACK_SIZE ( ( unsigned short ) 128 )
#define configTOTAL_HEAP_SIZE       ( ( size_t ) ( 75 * 1024 ) ) /* 堆空间大小，内核在创建各种对象时需要用到，单位为字节 */
#define configMAX_TASK_NAME_LEN       ( 16 )                      /* 任务名称的长度，即字符串的长度 */
#define configUSE_TRACE_FACILITY 0
#define configUSE_16_BIT_TICKS       0                            /* SysTick Counter的宽度，0表示32bit，1表示16bit，STM32用的是32bit */
#define configIDLE_SHOULD_YIELD       1                            /* 上下文切换强制使能，即当前任务执行完毕之后还有剩余的时间片，可以强制自己放弃
                                                               剩余的时间片，然后执行上下文切换去执行其他的任务*/

/*
* 合作式调度配置
* 合作式调度是为性能低，资源少的处理器设计的，非常非常少用到，在STM32这种高性能，资源多的处理器上是不会使用的。
* 合作式调度在FreeRTOS-V9.0.0版本之后不会被删除，但是也不会更新，就是这么留着。
*/
#define configUSE_CO_ROUTINES       0
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 2 )

/* 递归互斥信号量配置 */
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 0

/* 互斥信号量配置 */
#define configUSE_MUTEXES 0

/* 计数信号量配置 */
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 0

/* 软件定时器配置 */
#define configUSE_TIMERS             1
#define configTIMER_TASK_PRIORITY       ( 2 )
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH       10
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH ( configMINIMAL_STACK_SIZE * 2 )

/* 任务通知配置
* 即任务信号量和任务消息，是任务的自有的属性
* 在任务的控制块TCB里面有一个32bit的变量来传递消息
*/
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1

/* 多个内核对象配置 */
#define configUSE_QUEUE_SETS 0

/*
* 1：使能函数
* 0：失能函数
*/
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet             1
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet             1
#define INCLUDE_vTaskDelete                      1
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources       1
#define INCLUDE_vTaskSuspend                   1
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil                1
#define INCLUDE_vTaskDelay                      1  /* vTaskDelay 为阻塞延时函数，常用，单位为ms */

/*================================================================================================================================================================
********************************************************************* FreeRTOS功能配置结束 **********************************************************************
*===============================================================================================================================================================*/

/*======================================== STM32使用了多少bit来表达优先级 ========================================*/
/*
* Cortex-M内核使用8bit来配置优先级，但是STM32只使用了高4bit，数值越小，优先级越高。
* 在往寄存器里面写数值配置的时候，是按照8bit来写的，所以真正写的时候需要经过转换，公式为：
* ((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & 0xff)，其中的priority就是我们配置的真正的优先级
*/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS  /* __NVIC_PRIO_BITS 已经在stm32f4xx.h里面定义为4 */
#define configPRIO_BITS             __NVIC_PRIO_BITS
#else
#define configPRIO_BITS             4
#endif

/*============================================== SysTick中断优先级配置 ============================================*/
/*
* 在往寄存器里面写数值配置的时候，是按照8bit来写的，所以真正写的时候需要经过转换，公式为：
* ((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & 0xff)，其中的priority就是我们配置的真正的优先级。经过这个公式之后得到的是
* 下面的这个宏：configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY
* SysTick的优先级我们一般配置为最低，即0xf 。这样可以提高系统的实时响应能力，即其他的外部中断可以及时的得到响应。
*/
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY          0xf
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY       ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )

/*===========================================可屏蔽的中断优先级配置====================================================*/
/*
* 用于配置STM32的特殊寄存器basepri寄存器的值，用于屏蔽中断，当大于basepri值的优先级的中断将被全部屏蔽。basepri只有4bit有效，
* 默认只为0，即全部中断都没有被屏蔽。configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY配置为：5，意思就是中断优先级大于5的中断都被屏蔽。
* 当把配置好的优先级写到寄存器的时候，是按照8bit来写的，所以真正写的时候需要经过转换，公式为：
* ((priority << (8 - __NVIC_PRIO_BITS)) & 0xff)，其中的priority就是我们配置的真正的优先级。经过这个公式之后得到的是下面的这个宏：
* configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
*
* 在FreeRTOS中，关中断是通过配置basepri寄存器来实现的，关掉的中断由配置的basepri的值决定，小于basepri值的
* 中断FreeRTOS是关不掉的，这样做的好处是可以系统设计者可以人为的控制那些非常重要的中断不能被关闭，在紧要的关头必须被响应。
* 而在UCOS中，关中断是通过控制PRIMASK来实现的，PRIMASK是一个单1的二进制位，写1则除能除了NMI和硬 fault的所有中断。当UCOS关闭
* 中断之后，即使是你在系统中设计的非常紧急的中断来了都不能马上响应，这加大了中断延迟的时间，如果是性命攸关的场合，那后果估计挺严重。
* 相比UCOS的关中断的设计，FreeRTOS的设计则显得人性化很多。
*
*/
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY    ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )

/*
* 断言配置，一般调试的时候用，发布的时候不用
*/
#define configASSERT( x ) if( ( x ) == 0 ) { taskDISABLE_INTERRUPTS(); for( ;; ); }

/*=================================== SVC，PendSV 和 SysTick 中断服务函数的配置 ========================================*/
/*
* 在移植FreeRTOS的时候，需要用到STM32的三个中断，分别是SVC,PendSV和SysTick，这三个中断在向量表
* 里面的名字分别是：SVC_Handler，PendSV_Handler和SysTick_Handler（在启动文件:startup_stm32f10x_hd.s中）
*
* 而在port.c里面写的这三个中断的服务函数的名称跟向量表里面的名称不一样，为了中断响应之后能正确的执行port.c
* 里面写好的中断服务函数，我们需要统一向量表和中断服务函数的名字。
*
* 为了实现这个目的，可以有两种方法：
* 1：把启动文件里面的向量表里面的名字改成跟port.c里面的中断服务函数名一样。
* 2：把port.c里面的中断服务函数名改成跟启动文件里面的中断向量表里面的名字一样。
*
* 这里为了保持启动文件的完整性，我们统一修改port.c里面的中断函数名，即添加下面三个宏定义即可。
* 如果你在stm32f10x_it.c这里面实现了这三个中断服务函数的定义的话，那么为了避免跟port.c里面的重复定义，应该
* 把stm32f4xx_it.c里面的注释掉。
*/
#define vPortSVCHandler SVC_Handler
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler

#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

1万 · 2018-9-9 20:26

至此，移植准备工作完成，只需要用实验来测试了。

1万 · 2018-9-9 20:26

移植工作准备好之后，我们需要调用freertos提供给我们的API函数实现操作系统地运行。首先，第一个函数：

1万 · 2018-9-9 20:27

任务函数
任务是由 C 语言函数实现的。唯一特别的只是任务的函数原型，其必须返回 void，
而且带有一个 void 指针参数。
void ATaskFunction( void *pvParameters );任务函数原型
每个任务都是在自己权限范围内的一个小程序。其具有程序入口，通常会运行在一个死循环中，也不会退出。

1万 · 2018-9-9 20:27

/*********************************************************************************
  * @ 函数名  ： vTaskLed1
  * @ 功能说明： LED1 任务，实现一个周期性的闪烁
  * @ 参数： pvParameters，当任务创建的时候传进来，可以没有
  * @ 返回值  ：无
  ********************************************************************************/
void vTaskLed1(void *pvParameters)
{
/* 任务都是一个无限，不能返回 */
while(1)
{
      LED2( ON );
/* 阻塞延时，单位ms */
      vTaskDelay( 500 );
      LED2( OFF );
      vTaskDelay( 500 );
}
}

1万 · 2018-9-9 20:27

这就是本次实验的任务函数，控制LED灯的亮灭，注意任务函数中的while（1），以及返回void。

FreeRTOS 任务不允许以任何方式从实现函数中返回——它们绝不能有一
条”return”语句，也不能执行到函数末尾。如果一个任务不再需要，可以显式地将其删
除。这也在程序清单 2 展现。

1万 · 2018-9-9 20:28

一个任务函数可以用来创建若干个任务——创建出的任务均是独立的执行实例，拥
有属于自己的栈空间，以及属于自己的自动变量(栈变量)，即任务函数本身定义的变量。

1万 · 2018-9-9 20:28

应用程序可以包含多个任务。如果运行应用程序的微控制器只有一个核(core)，那
么在任意给定时间，实际上只会有一个任务被执行。这就意味着一个任务可以有一个或
两个状态，即运行状态和非运行状态。我们先考虑这种最简单的模型——但请牢记这其
实是过于简单，我们稍后将会看到非运行状态实际上又可划分为若干个子状态。
当某个任务处于运行态时，处理器就正在执行它的代码。当一个任务处于非运行态
时，该任务进行休眠，它的所有状态都被妥善保存，以便在下一次调试器决定让它进入
运行态时可以恢复执行。当任务恢复执行时，其将精确地从离开运行态时正准备执行的
那一条指令开始执行。
任务从非运行态转移到运行态被称为”切换入或切入(switched in)”或”交换入
(swapped in)”。相反，任务从运行态转移到非运行态被称为”切换出或切出(switched
out)”或”交换出(swapped out)”。 FreeRTOS 的调度器是能让任务切入切出的唯一实体。

1万 · 2018-9-9 20:28

创建任务使用 FreeRTOS 的 API 函数 xTaskCreate()。

1万 · 2018-9-9 20:29

usStackDepth ：

当任务创建时，内核会分为每个任务分配属于任务自己的唯一状态。
usStackDepth 值用于告诉内核为它分配多大的栈空间。
这个值指定的是栈空间可以保存多少个字(word)，而不是多少个字
节(byte)。比如说，如果是 32 位宽的栈空间，传入的 usStackDepth
值为 100，则将会分配 400 字节的栈空间(100 * 4bytes)。栈深度乘
以栈宽度的结果千万不能超过一个 size_t 类型变量所能表达的最大
值。

1万 · 2018-9-9 20:29

应用程序通过定义常量 configMINIMAL_STACK_SIZE 来决定空闲
任务任用的栈空间大小。在 FreeRTOS 为微控制器架构提供的
Demo 应用程序中，赋予此常量的值是对所有任务的最小建议值。
如果你的任务会使用大量栈空间，那么你应当赋予一个更大的值。
没有任何简单的方法可以决定一个任务到底需要多大的栈空间。计
算出来虽然是可能的，但大多数用户会先简单地赋予一个自认为合
理的值，然后利用 FreeRTOS 提供的特性来确证分配的空间既不欠
缺也不浪费。第六章包括了一些信息，可以知道如何去查询任务使
用了多少栈空间。