GD32F407 移植FreeRTOS+Lwip

只看该作者 · 2023-7-26 18:44

移植过程
freeRTOS V10.4.5 下载 https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS

Lwip V2.1.3 http://download.savannah.nongnu.org/releases/lwip/

GD32F407VET6

keil5

移植FreeRTOS
源码拷贝
下载源码，解压。源码在FreeRTOS文件夹中Source文件夹中。

在我们的工程文件中创建文件夹FreeRTOS。将Source中下图中的内容拷贝到我们创建的FreeRTOS文件夹中。这些是各平台通用的头文件和C文件。

接下来移植平台相关的接口文件，在portable文件夹中。我用的是keil。打开portable中的keil文件夹。里面是各txt文本。不需要打开了，里面啥都没有。看txt文件名字，其实就是让你去看RVDS文件夹中的内容。打开portable中的RVDS文件夹。我用的是CM4的平台，因此在我们自己创建的FreeRTOS文件家中创建一个portable，将RVDS文件夹中ARM_CM4F的内容拷贝到我们自己创建的portable中。接下来将源码protable文件夹中的MemMang拷贝到我们自己创建的protable文件中。

MemMang其实就是Memory management的缩写，就是内存管理的意思。这里面右5个C文件，代表了5中内存管理的方式。其实我们在使用的时候只需要使用其中一种即可，最终我们往工程中添加哪个，就使用哪个。我添加的是heap_4这个C文件。

以上这些是FreeRTOS的基本文件，我们不需要进行修改。

只看该作者 · 2023-7-26 18:44

FreeRTOSConfig.h
FreeRTOSConfig.h 是freeRTOS工程的配置文件。里面通过各种宏定义来使能FreeRTOS的各种功能，这个过程就叫做裁剪。这里我直接在demo里的FreeRTOSConfig.h 来使用，后续再根据自己的需要进行修改。下载的FreeRTOS文件夹下的demo包含了各种平台的完整的demo工程。我选择了比较接近我用的平台的demo中的FreeRTOSConfig.h（在CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK文件夹下）。

至此，所有必须文件都拷贝完成，接下来加入到工程中。

只看该作者 · 2023-7-26 18:45

注意事项
1、我用的是keil 编译器应该为__CC_ARM 而demo的FreeRTOSConfig.h中是 __ICCARM__ 这个是IAR的，需要改掉。

2、中断映射

#define vPortSVCHandler SVC_Handler
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler
1
2
3
上面这些宏定义是FreeRTOSConfig.h中的。

只看该作者 · 2023-7-26 18:45

SVC_Handler是系统调用异常的中断入口，将vPortSVCHandler映射到SVC_Handler，产生SVC系统调用异常的时候就会执行vPortSVCHandler，在vPortSVCHandler主要做的就是启动第一个任务，切换堆栈指针从MSP到PSP。这个中断只在任务开始的时候使用一次。

PendSV_Handler是用来做任务切换，是可挂起的异常，SVC异常是必须立即得到响应的（若因优先级不比当前正处理的高，或是其它原因使之无法立即响应，将会产生Hardfault）。，PendSV 它是可以像普通的中断一样被悬起的。OS 可以利用它“缓期执行”一个异常——直到其它重要的任务完成后才执行动作。xPortPendSVHandler中主要用来作为任务切换。当需要进行任务切换的时候就手动产生一个PendSV异常，进入xPortPendSVHandler完成任务切换。

SysTick_Handler是系统时钟定时器的中断入口。xPortSysTickHandler主要用来对系统运行时间进行加1.判断任务列表是否有延时到期的，将延时到期的任务转换为就绪态。然后就是触发PendSV异常，这就是心跳节拍的由来，每一次心跳节拍进入一次xPortSysTickHandler，然后触发一次PendSV异常，在异常中看是否右更高优先级的程序需要切换。

系统时钟定时器的初始化问题：freeRTOS已经写好了一个系统时钟初始化的函数vPortSetupTimerInterrupt。这个函数根据我们在FreeRTOSConfig.h中配置的configTICK_RATE_HZ和configSYSTICK_CLOCK_HZ来设置中断产生的时间。配置系统时钟的寄存器已经在port.c里面映射了，这个和平台关系比较大。在任务启动的函数里面调用了vPortSetupTimerInterrupt。

freeRTOS移植主要就是上面这三个中断。我的理解是这三个中断可以使用其他中断去代替，但是向SVC，penSV都是专门针对操作系统设计的，相较于其他中断来说更合适一些。

只看该作者 · 2023-7-26 18:45

移植LWIP
源码拷贝与编译
我下载的是lwip-2.1.3和contrib-2.1.0。源码放在了lwip-2.1.3下的src文件夹。在移植好的freeRTOS工程下新建一个文件夹LWIP。将src文件夹下面的文件拷贝到我们创建的LWIP文件夹下面

只看该作者 · 2023-7-26 18:46

这个是lwip的基本代码，不需要我们进行修改。需要我们自己来实现的有三个：操作系统相关的接口、底层网卡的操作接口、配置文件。如果是裸机的话，那么我们需要实现的是裸机相关的接口（lwip的时基，类似于操作系统的心跳）、底层网卡的操作接口、配置文件。

复制

//在带操作系统的移植中，时基，也就是sys_now函数如下

#if LWIP_FREERTOS_SYS_NOW_FROM_FREERTOS

u32_t

sys_now(void)

{

  return xTaskGetTickCount() * portTICK_PERIOD_MS;

}

#endif

只看该作者 · 2023-7-26 18:46

操作系统相关接口移植，我使用的是freeRTOS，这个contrib-2.1.0里面有相应的文件，contrib-2.1.0\ports\freertos，在LWIP文件夹下面新建一个port文件夹，contrib-2.1.0\ports\freertos下面的C文件和H文件拷贝到port。

底层网卡操作文件先将contrib-2.1.0\examples\ethernetif下面的C文件拷贝过来，在这个上面根据我们网卡的驱动程序自己修改。

配置文件先将contrib-2.1.0\examples\example_app下面的lwipopts.h拷贝过来，在这个上面根据我们的需要进行配置，就像FreeRTOSConfig.h一样。

编译显示缺少cc.h文件，cc.h 文件中包含处理器相关的变量类型、数据结构及字节对齐的相关宏。LwIP 中使用的基本变量类型均以位数进行命名，为抽象的变量类型定义，开发者需要根据所用处理器及编译器特性进行定义，一般我们直接将变量直接定义为 C 语言的基本类型，如 unsignedchar、int 等，这样子可以保证 LwIP 协议栈就与平台无关了。我这里使用的是GD32已经编写好的cc.h文件。在LWIP文件夹下面新建一个arch文件夹，将cc.h拷贝进来。

编译显示cc.h里面缺少cpu.h，我看GD的工程里cpu.h里面没啥内容，野火的教程里也没有引用这个，所以我把这这行代码屏蔽了。

编译显示找不到“arch/sys_arch.h”这个文件，我的sys_arch.h文件是放在port文件夹下面，我又拷贝了一分到arch文件夹中。

Error: L6218E: Undefined symbol errno (referred from if_api.o). 在if_api.c文件中加入了int errno;

移植的时候报了很多错误，大部分是lwipopts.h配置文件引起的，最终我重新将GD工程里的lwipopts.h拿来了，错误就不见了，后面在去研究这些配置文件的意义。

只看该作者 · 2023-7-26 18:47

另外不是所有源码里所有的C文件都需要添加到工程里的，下面的是我工程里添加的。

只看该作者 · 2023-7-26 18:47

初始化
首先是硬件的初始化，包括了GPIO、时钟、MAC，这个每个平台初始化内容不一样。

接下来是LWIP协议栈的初始化

复制

void lwip_stack_init(void)

{

    ip_addr_t ipaddr;

    ip_addr_t netmask;

    ip_addr_t gw;



    /* 创建一个tcpip进程 */

    tcpip_init( NULL, NULL );



    IP4_ADDR(&ipaddr, IP_ADDR0, IP_ADDR1, IP_ADDR2, IP_ADDR3);

    IP4_ADDR(&netmask, NETMASK_ADDR0, NETMASK_ADDR1 , NETMASK_ADDR2, NETMASK_ADDR3);

    IP4_ADDR(&gw, GW_ADDR0, GW_ADDR1, GW_ADDR2, GW_ADDR3);



    netif_add(&g_mynetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, &ethernetif_init, &tcpip_input);



    /* 设置默认网卡，因为可能一个系统里包含了多个 */

    netif_set_default(&g_mynetif);



    /* 该函数设置NETIF_FLAG_UP标记 */

    netif_set_up(&g_mynetif);

     /* 该函数设置NETIF_FLAG_LINK_UP标记 */

    netif_set_link_up(&g_mynetif);

}

只看该作者 · 2023-7-26 18:47

协议栈初始化，首先调用 tcpip_init( NULL, NULL );

复制

void tcpip_init(tcpip_init_done_fn initfunc, void *arg)

{

  lwip_init();



  tcpip_init_done = initfunc;

  tcpip_init_done_arg = arg;

  if (sys_mbox_new(&tcpip_mbox, TCPIP_MBOX_SIZE) != ERR_OK) {

    LWIP_ASSERT("failed to create tcpip_thread mbox", 0);

  }

#if LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING

  if (sys_mutex_new(&lock_tcpip_core) != ERR_OK) {

    LWIP_ASSERT("failed to create lock_tcpip_core", 0);

  }

#endif /* LWIP_TCPIP_CORE_LOCKING */



  sys_thread_new(TCPIP_THREAD_NAME, tcpip_thread, NULL, TCPIP_THREAD_STACKSIZE, TCPIP_THREAD_PRIO);

}

只看该作者 · 2023-7-26 18:47

tcpip_init中调用lwip_init初始化了lwip协议栈内核然后创建邮箱、根据配置文件创建互斥信号量、启动一个TCPIP的线程。邮箱用于接收从底层或者上层传递过来的消息，消息传递给 tcpip_thread 线程，用这个线程来处理数据。简单理解就是freeRTOS中专门给网络数据接收起了一个任务，任务接收邮箱消息，根据对应的消息对数据做对应的处理，处理完后给到我们用户任务。

只看该作者 · 2023-7-26 18:47

问题点：

调试过程中可以ping通，但是起了TCP任务之后就ping不通，最后发现在创建socket的时候会创建邮箱（freeRTOS中的队列），因为我没有定义DEFAULT_TCP_RECVMBOX_SIZE，导致创建队列的时候size默认为0，最后增加定义#define DEFAULT_TCP_RECVMBOX_SIZE 10,问题解决。

移植工程：https://github.com/IJustLoveMyself/csdn-example/tree/main/example1