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)
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手把手教你将ucos-iii操作系统移植到APM32F407上,步骤完整清晰,细节讲解到位