1. Introducción

FreeRTOS es un kernel multitarea privado y adaptable, y no hay límite en la cantidad de tareas. FreeRTOS proporciona todas las funciones que requiere un sistema operativo en tiempo real, incluida la gestión de recursos, la sincronización y la comunicación de tareas.

FreeRTOS está escrito en C y ensamblador, la mayoría de los cuales están escritos en lenguaje C, y solo una pequeña parte del código estrechamente relacionado con el procesador está escrito en ensamblador. FreeRTOS tiene una estructura simple y es muy legible. Lo más importante es que es muy adecuado para que los estudiantes que son nuevos en los sistemas operativos integrados en tiempo real, los desarrolladores de sistemas integrados y los entusiastas aprendan.

La última versión V9.0.0 (2016), aunque la versión de FreeRTOS se ha actualizado a V10.4.1, seguimos eligiendo la V9.0.0 porque el kernel es estable y hay mucha información en línea, porque la versión V10.0.0 fue adquirida por Amazon La versión que salió después de FreeRTOS agregó principalmente algunos componentes en la nube, y la V9.0.0 es generalmente suficiente.

FreeRTOS ：网：http://www.freertos.org/
Sitio web de alojamiento de código: https://sourceforge.net/projects/freertos/files/FreeRTOS/

En segundo lugar, la estructura del directorio

FreeRTOS incluye:

Ejemplo de demostración
Código fuente del núcleo fuente

La fuente contiene:

incluir archivos de encabezado generales
archivo C universal portátil
corrutina de crutinas
lista lista
cola
Tareas
temporizadores de software temporizador

portátil incluye:

Keil Same RVDS
Gestión de memoria MemMang
RVDS

MemMang contiene:

5 archivos de pila

Debe utilizar uno de ellos al realizar la migración, porque FreeRTOS utiliza la asignación de memoria dinámica al crear objetos, y estas funciones de asignación de memoria dinámica se implementan en estos archivos. Diferentes algoritmos de asignación conducen a diferentes eficiencias y resultados. Generalmente utilizado heap4.c.

RVDS incluye:

Cortex-M0, M3, M4, M7 y otros archivos de interfaz MCU centrales
archivo de interfaz port.c
archivo de encabezado portmacro.h, principalmente algunos tipos de datos y definiciones de macros

Tres, el proceso de trasplante

3.1 Extraiga el código fuente más simple

Primero, cree una nueva carpeta en el directorio raíz del proyecto bare metal STM32 y asígnele el nombre FreeRTOS
Luego, en la FreeRTOScarpeta bajo un nuevo tres carpetas vacías, include, port,src
FreeRTOS V9.0.0 de código abierto encuentra todos los 'archivos .c' en el directorio "FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Source", los copiaremos a la nueva srccarpeta
FreeRTOS V9.0.0 de código abierto, la carpeta "FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Source \ portable " Head
Found "MemMang" y la carpeta "RVDS", cópielas en la nueva portcarpeta de registros
FreeRTOS V9.0.0 open source, busque la carpeta "incluir" en el directorio "FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Source", que es que necesitamos usar algunos archivos de encabezado de FreeRTOS y copiarlos directamente a nuestra nueva includecarpeta

3.2 Copie el archivo FreeRTOSConfig.h a la carpeta de usuario

FreeRTOSConfig.h El archivo es el archivo de configuración de ingeniería de FreeRTOS. Debido a que FreeRTOS es un kernel operativo en tiempo real que se puede adaptar, se aplica a diferentes plataformas de procesador. Los usuarios pueden personalizar la funcionalidad de FreeRTOS modificando el archivo de encabezado de configuración del kernel de FreeRTOS, así que lo copiamos y lo colocamos en la carpeta Usuario.

Abra el código fuente FreeRTOSv9.0.0, busque la carpeta "CORTEX_STM32F103_Keil" en la carpeta "FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Demo", busque el archivo "FreeRTOSConfig.h" en su directorio raíz y cópielo en la carpeta Usuario de nuestro proyecto. Justo abajo

3.3 Agregar código fuente a la carpeta del grupo del proyecto

A continuación, creamos en mdk inside FreeRTOS/srcy FreeRTOS/portdos carpetas de grupo, que FreeRTOS/srcsolían almacenar el contenido de la carpeta src FreeRTOS/portpara almacenar la carpeta port \ MemMang con la carpeta port \ RVDS content \ ARM_CM3.
Luego agregamos el contenido de FreeRTOS en el archivo del proyecto al proyecto y agregamos nuestro código fuente del proyecto FreeRTOS de acuerdo con el grupo recién creado.

En la FreeRTOS/portcarpeta Agregar paquetes de archivos MemMang simplemente podemos seleccionar uno, elegimos "heap_4.c", que es un archivo de código fuente FreeRTOS de administración de memoria.

Luego agregue nuestro archivo de configuración FreeRTOS "FreeRTOSConfig.h" en el grupo de usuarios

3.4 Especifique la ruta del archivo de encabezado

El código fuente de FreeRTOS se ha agregado a la carpeta de grupo del entorno de desarrollo. Al compilar, debe especificar la ruta del archivo de encabezado para estos archivos de origen, de lo contrario, la compilación informará un error. En el código fuente de FreeRTOS, solo FreeRTOS \ include y FreeRTOS \ port \ RVDS \ ARM_CM3 tienen archivos de encabezado en estas dos carpetas. Solo necesita especificar la ruta de estos dos archivos de encabezado en el entorno de desarrollo. Al mismo tiempo, también copiamos el archivo de encabezado FreeRTOSConfig.h en la carpeta de Usuario debajo del directorio raíz del proyecto, por lo que la ruta de Usuario también debe agregarse al entorno de desarrollo.

3.5 Modificar FreeRTOSConfig.h

FreeRTOSConfig.h se copia directamente de la carpeta de demostración. Este archivo de encabezado define las macros necesarias para personalizar toda la función FreeRTOS. Algunas definiciones de macros están habilitadas y algunas definiciones de macros están deshabilitadas. Al principio, solo La función más simple debe configurarse . Para configurar las funciones de FreeRTOS como queramos, debemos tener un conocimiento de las funciones de estas macrodefiniciones.A continuación, presentamos brevemente el significado de estas macrodefiniciones y luego modificamos estas macrodefiniciones.

/*
    FreeRTOS V9.0.0 - Copyright (C) 2016 Real Time Engineers Ltd.
    All rights reserved

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    This file is part of the FreeRTOS distribution.

    FreeRTOS is free software; you can redistribute it and/or modify it under
    the terms of the GNU General Public License (version 2) as published by the
    Free Software Foundation >>>> AND MODIFIED BY <<<< the FreeRTOS exception.

    ***************************************************************************
    >>!   NOTE: The modification to the GPL is included to allow you to     !<<
    >>!   distribute a combined work that includes FreeRTOS without being   !<<
    >>!   obliged to provide the source code for proprietary components     !<<
    >>!   outside of the FreeRTOS kernel.                                   !<<
    ***************************************************************************

    FreeRTOS is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
    WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
    FOR A PARTICULAR PURPOSE.  Full license text is available on the following
    link: http://www.freertos.org/a00114.html

    ***************************************************************************
     *                                                                       *
     *    FreeRTOS provides completely free yet professionally developed,    *
     *    robust, strictly quality controlled, supported, and cross          *
     *    platform software that is more than just the market leader, it     *
     *    is the industry's de facto standard.                               *
     *                                                                       *
     *    Help yourself get started quickly while simultaneously helping     *
     *    to support the FreeRTOS project by purchasing a FreeRTOS           *
     *    tutorial book, reference manual, or both:                          *
     *    http://www.FreeRTOS.org/Documentation                              *
     *                                                                       *
    ***************************************************************************

    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
    participating in the support forum.

    http://www.FreeRTOS.org/training - Investing in training allows your team to
    be as productive as possible as early as possible.  Now you can receive
    FreeRTOS training directly from Richard Barry, CEO of Real Time Engineers
    Ltd, and the world's leading authority on the world's leading RTOS.

    http://www.FreeRTOS.org/plus - A selection of FreeRTOS ecosystem products,
    including FreeRTOS+Trace - an indispensable productivity tool, a DOS
    compatible FAT file system, and our tiny thread aware UDP/IP stack.

    http://www.FreeRTOS.org/labs - Where new FreeRTOS products go to incubate.
    Come and try FreeRTOS+TCP, our new open source TCP/IP stack for FreeRTOS.

    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.

*/


#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h"


//针对不同的编译器调用不同的stdint.h文件
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
    #include <stdint.h>
    extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif

//断言
#define vAssertCalled(char,int) printf("Error:%s,%d\r\n",char,int)
#define configASSERT(x) if((x)==0) vAssertCalled(__FILE__,__LINE__)

/************************************************************************
 *               FreeRTOS基础配置配置选项 
 *********************************************************************/
/* 置1：RTOS使用抢占式调度器；置0：RTOS使用协作式调度器（时间片）
 * 
 * 注：在多任务管理机制上，操作系统可以分为抢占式和协作式两种。
 * 协作式操作系统是任务主动释放CPU后，切换到下一个任务。
 * 任务切换的时机完全取决于正在运行的任务。
 */
#define configUSE_PREEMPTION                    1

//1使能时间片调度(默认式使能的)
#define configUSE_TIME_SLICING                  1		

/* 某些运行FreeRTOS的硬件有两种方法选择下一个要执行的任务：
 * 通用方法和特定于硬件的方法（以下简称“特殊方法”）。
 * 
 * 通用方法：
 *      1.configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 为 0 或者硬件不支持这种特殊方法。
 *      2.可以用于所有FreeRTOS支持的硬件
 *      3.完全用C实现，效率略低于特殊方法。
 *      4.不强制要求限制最大可用优先级数目
 * 特殊方法：
 *      1.必须将configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION设置为1。
 *      2.依赖一个或多个特定架构的汇编指令（一般是类似计算前导零[CLZ]指令）。
 *      3.比通用方法更高效
 *      4.一般强制限定最大可用优先级数目为32
 * 一般是硬件计算前导零指令，如果所使用的，MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0！
 */
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION     1                       
                                                                        
/* 置1：使能低功耗tickless模式；置0：保持系统节拍（tick）中断一直运行
 * 假设开启低功耗的话可能会导致下载出现问题，因为程序在睡眠中,可用以下办法解决
 * 
 * 下载方法：
 *      1.将开发版正常连接好
 *      2.按住复位按键，点击下载瞬间松开复位按键
 *     
 *      1.通过跳线帽将 BOOT 0 接高电平(3.3V)
 *      2.重新上电，下载
 *    
 * 			1.使用FlyMcu擦除一下芯片，然后进行下载
 *			STMISP -> 清除芯片(z)
 */
#define configUSE_TICKLESS_IDLE                 0   

/*
 * 写入实际的CPU内核时钟频率，也就是CPU指令执行频率，通常称为Fclk
 * Fclk为供给CPU内核的时钟信号，我们所说的cpu主频为 XX MHz，
 * 就是指的这个时钟信号，相应的，1/Fclk即为cpu时钟周期；
 */
#define configCPU_CLOCK_HZ                      (SystemCoreClock)

//RTOS系统节拍中断的频率。即一秒中断的次数，每次中断RTOS都会进行任务调度
#define configTICK_RATE_HZ                      (( TickType_t )1000)

//可使用的最大优先级
#define configMAX_PRIORITIES                    (32)

//空闲任务使用的堆栈大小
#define configMINIMAL_STACK_SIZE                ((unsigned short)128)
  
//任务名字字符串长度
#define configMAX_TASK_NAME_LEN					(16)

 //系统节拍计数器变量数据类型，1表示为16位无符号整形，0表示为32位无符号整形
#define configUSE_16_BIT_TICKS                  0                      

//空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务
#define configIDLE_SHOULD_YIELD					1           

//启用队列
#define configUSE_QUEUE_SETS                    1    

//开启任务通知功能，默认开启
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS            1   

//使用互斥信号量
#define configUSE_MUTEXES                       1    

//使用递归互斥信号量                                            
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES             1   

//为1时使用计数信号量
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES           1

/* 设置可以注册的信号量和消息队列个数 */
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE				10                                 
                                                                       
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG          0                       
                      

/*****************************************************************
              FreeRTOS与内存申请有关配置选项                                               
*****************************************************************/
//支持动态内存申请
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION        1    
//支持静态内存
#define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION         0					
//系统所有总的堆大小
#define configTOTAL_HEAP_SIZE					((size_t)(36*1024))   


/***************************************************************
             FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项                                            
**************************************************************/
/* 置1：使用空闲钩子（Idle Hook类似于回调函数）；置0：忽略空闲钩子
 * 
 * 空闲任务钩子是一个函数，这个函数由用户来实现，
 * FreeRTOS规定了函数的名字和参数：void vApplicationIdleHook(void )，
 * 这个函数在每个空闲任务周期都会被调用
 * 对于已经删除的RTOS任务，空闲任务可以释放分配给它们的堆栈内存。
 * 因此必须保证空闲任务可以被CPU执行
 * 使用空闲钩子函数设置CPU进入省电模式是很常见的
 * 不可以调用会引起空闲任务阻塞的API函数
 */
#define configUSE_IDLE_HOOK						0      

/* 置1：使用时间片钩子（Tick Hook）；置0：忽略时间片钩子
 * 
 * 
 * 时间片钩子是一个函数，这个函数由用户来实现，
 * FreeRTOS规定了函数的名字和参数：void vApplicationTickHook(void )
 * 时间片中断可以周期性的调用
 * 函数必须非常短小，不能大量使用堆栈，
 * 不能调用以”FromISR" 或 "FROM_ISR”结尾的API函数
 */
 /*xTaskIncrementTick函数是在xPortSysTickHandler中断函数中被调用的。因此，vApplicationTickHook()函数执行的时间必须很短才行*/
#define configUSE_TICK_HOOK						0           

//使用内存申请失败钩子函数
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK			0 

/*
 * 大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能 
 * 用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话
 * 此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法 */
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW			0   


/********************************************************************
          FreeRTOS与运行时间和任务状态收集有关的配置选项   
**********************************************************************/
//启用运行时间统计功能
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS	        0             
 //启用可视化跟踪调试
#define configUSE_TRACE_FACILITY                0    
/* 与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数
 * prvWriteNameToBuffer()
 * vTaskList(),
 * vTaskGetRunTimeStats()
*/
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS	1                       
                                                                        
                                                                        
/********************************************************************
                FreeRTOS与协程有关的配置选项                                                
*********************************************************************/
//启用协程，启用协程以后必须添加文件croutine.c
#define configUSE_CO_ROUTINES                   0                 
//协程的有效优先级数目
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES         ( 2 )                   


/***********************************************************************
                FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项      
**********************************************************************/
 //启用软件定时器
#define configUSE_TIMERS                        1                              
//软件定时器优先级
#define configTIMER_TASK_PRIORITY		        (configMAX_PRIORITIES-1)        
//软件定时器队列长度
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH		        10                               
//软件定时器任务堆栈大小
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH            (configMINIMAL_STACK_SIZE*2)    


/************************************************************
            FreeRTOS可选函数配置选项                                                     
************************************************************/
#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState          1                       
#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
#define INCLUDE_eTaskGetState                   0
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall          0


/******************************************************************
            FreeRTOS与中断有关的配置选项                                                 
******************************************************************/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
	#define configPRIO_BITS       		__NVIC_PRIO_BITS
#else
	#define configPRIO_BITS                     4                  
#endif
//中断最低优先级
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY			15     

//系统可管理的最高中断优先级
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY	5 

#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 		( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )	/* 240 */

#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 	( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )


/****************************************************************
            FreeRTOS与中断服务函数有关的配置选项                         
****************************************************************/
#define xPortPendSVHandler 	PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler 	SVC_Handler


/* 以下为使用Percepio Tracealyzer需要的东西，不需要时将 configUSE_TRACE_FACILITY 定义为 0 */
#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
#include "trcRecorder.h"
#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle               1   // 启用一个可选函数（该函数被 Trace源码使用，默认该值为0 表示不用）
#endif


#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

3.6 Modificar stm32f10x_it.c

La función de servicio de interrupción de SysTick es una función muy importante. FreeRTOS maneja todas las cosas relacionadas con el tiempo en él. SysTick es un reloj de latido de FreeRTOS, que impulsa el funcionamiento de FreeRTOS, al igual que un latido humano. Si no hay latido, lo haremos Es equivalente a "muerto". De manera similar, si FreeRTOS no tiene latido, se atascará en algún lugar, no podrá programar tareas o ejecutar nada, por lo que necesitamos implementar un reloj de latido de FreeRTOS. FreeRTOS nos ayudará a realizar la configuración de inicio de SysTick : La función vPortSetupTimerInterrupt () se ha implementado en el archivo port.c, y también se ha implementado la función general del servicio de interrupción SysTick de FreeRTOS: La función xPortSysTickHandler () se ha implementado en el archivo port.c, por lo que al trasplantar solo necesitamos stm32f10x_it.cdarnos cuenta de que nos corresponde (STM32) La función SysTick_Handler () puede estar en el documento de la plataforma.

FreeRTOS considera mucho para los desarrolladores. PendSV_Handler () y SVC_Handler () son dos funciones muy importantes para nosotros. Las funciones xPortPendSVHandler () y vPortSVCHandler () se han implementado en el archivo port.c para evitar que lo implementemos nosotros mismos No, entonces stm32f10x_it.cel tenemos que comentar PendSV_Handler()las SVC_Handler()dos funciones de.

//void SVC_Handler(void)
//{
    
    
//}

//void PendSV_Handler(void)
//{
    
    
//}

extern void xPortSysTickHandler(void);

//systick中断服务函数
void SysTick_Handler(void)
{
    
    	
    #if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )
      if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)
      {
    
    
    #endif  /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */  
        xPortSysTickHandler();
    #if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )
      }
    #endif  /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
}

• Escrito por Leung el 29 de octubre de 2020

• Referencia: vídeo de Wildfire FreeRTOS y tutorial en PDF

Notas de estudio de FreeRTOS (1) -trasplante de código fuente a STM32F103