FreeRTOSスタディノート（1）-ソースコードをSTM32F103に移植する

その他 2021-01-28 12:33:57 訪問数: null

1.はじめに

FreeRTOSは、調整可能で奪われたマルチタスクカーネルであり、タスクの数に制限はありません。FreeRTOSは、リソース管理、同期、タスク通信など、リアルタイムオペレーティングシステムに必要なすべての機能を提供します。

FreeRTOSはCおよびアセンブリで記述されており、そのほとんどはC言語で記述されており、プロセッサに密接に関連するコードのごく一部のみがアセンブリで記述されています。FreeRTOSは構造が単純で、非常に読みやすいです。最も重要なことは、組み込みリアルタイムオペレーティングシステムに不慣れな学生、組み込みシステム開発者、および愛好家が学ぶのに非常に適しているということです。

最新バージョンV9.0.0（2016）、FreeRTOSのバージョンはV10.4.1に更新されていますが、カーネルが安定していてオンライン情報が多いため、V10.0.0バージョンを選択しました。 Amazonが買収FreeRTOSが主にいくつかのクラウドコンポーネントを追加した後にリリースされたバージョンであり、通常はV9.0.0で十分です。

第二に、ディレクトリ構造

FreeRTOSには以下が含まれます：

  • デモ例
  • ソースカーネルソースコード

ソースに含まれるもの：

  • 一般的なヘッダーファイルを含める
  • ポータブルユニバーサルCファイル
  • ルーチンコルーチン
  • リストリスト
  • キュー
  • タスク
  • タイマーソフトウェアタイマー

ポータブルが含まれます：

  • Keil 同 RVDS
  • MemMangメモリ管理
  • RVDS

MemMangに含まれるもの：

  • 5つのヒープファイル

FreeRTOSはオブジェクトの作成時に動的メモリ割り当てを使用し、これらの動的メモリ割り当て関数はこれらのファイルに実装されているため、移植時にはいずれかを使用する必要があります。割り当てアルゴリズムが異なると、効率と結果も異なります。一般的に使用されheap4.cます。

RVDSには次のものが含まれます。

  • Cortex-M0、M3、M4、M7およびその他のコアMCUインターフェイスファイル
  • port.cインターフェースファイル
  • portmacro.hヘッダーファイル、主に一部のデータ型とマクロ定義

三、移植プロセス

3.1最も単純なソースコードを抽出する

  • まず、STM32ベアメタルプロジェクトのルートディレクトリに新しいフォルダを作成し、名前を付けます FreeRTOS
  • その後でFreeRTOS、新しい3つの空のフォルダの下のフォルダ、include、port、src
  • オープンソースのFreeRTOSV9.0.0は、「FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Source」ディレクトリにあるすべての「.cファイル」を見つけます。それらを新しいsrcフォルダーにコピーします。
  • オープンソースのFreeRTOSV9.0.0、「FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Source \
    Portable」の「HeadFound」「MemMang」フォルダーと「RVDS」フォルダーを、新しいレコードportフォルダーにコピーします。
  • FreeRTOS V9.0.0オープンソース、「FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Source」ディレクトリの下にある「include」フォルダを見つけます。これは、いくつかのFreeRTOSヘッダーファイルを使用する必要があるため、新しいincludeフォルダに直接コピーします。

3.2FreeRTOSConfig.hファイルをユーザーフォルダにコピーします

FreeRTOSConfig.h このファイルは、FreeRTOSのエンジニアリング構成ファイルです。FreeRTOSは調整可能なリアルタイムオペレーティングカーネルであるため、さまざまなプロセッサプラットフォームに適用されます。ユーザーは、FreeRTOSカーネルの構成ヘッダーファイルを変更することで、FreeRTOSの機能を調整できます。コピーします。Userフォルダの下に置きます。

FreeRTOSv9.0.0ソースコードを開き、「FreeRTOSv9.0.0 \ FreeRTOS \ Demo」フォルダーの下にある「CORTEX_STM32F103_Keil」フォルダーを見つけ、そのルートディレクトリにある「FreeRTOSConfig.h」ファイルを見つけて、プロジェクトのUserフォルダーにコピーします。ちょうど下

3.3プロジェクトグループフォルダにソースコードを追加する

次に、mdk内FreeRTOS/srcにFreeRTOS/port2つのグループフォルダーを作成します。これらのフォルダーは、ポート\ RVDSコンテンツ\ ARM_CM3フォルダーとともにポート\ MemMangフォルダーを格納するためFreeRTOS/srcのsrcフォルダーのコンテンツFreeRTOS/portを格納するために使用されていました。
次に、プロジェクトファイル内のFreeRTOSのコンテンツをプロジェクトに追加し、新しく作成されたグループに従ってFreeRTOSプロジェクトのソースコードを追加します。

でFreeRTOS/portMemMangファイルパケットフォルダの追加、単にいずれかを選択することができ、我々はメモリ管理FreeRTOSソースコードファイルである、「heap_4.c」を選択します。

次に、FreeRTOS構成ファイル「FreeRTOSConfig.h」をユーザーグループに追加します

3.4ヘッダーファイルのパスを指定する

FreeRTOSのソースコードが開発環境のグループフォルダに追加されました。コンパイル時に、これらのソースファイルのヘッダーファイルのパスを指定する必要があります。そうしないと、コンパイルでエラーが報告されます。FreeRTOSのソースコードでは、FreeRTOS \ includeとFreeRTOS \ port \ RVDS \ ARM_CM3のみがこれら2つのフォルダーの下にヘッダーファイルを持っています。開発環境では、これら2つのヘッダーファイルのパスを指定するだけで済みます。同時に、FreeRTOSConfig.hヘッダーファイルをプロジェクトのルートディレクトリの下のUserフォルダーにコピーしたため、ユーザーパスも開発環境に追加する必要があります。

3.5FreeRTOSConfig.hを変更します

FreeRTOSConfig.hは、デモフォルダーから直接コピーされます。このヘッダーファイルは、FreeRTOS関数全体を調整するために必要なマクロを定義します。一部のマクロ定義が有効になり、一部のマクロ定義が無効になります。最初は、最も単純な関数のみを構成する必要があります。 。FreeRTOS関数を必要に応じて構成するには、これらのマクロ定義の関数を把握する必要があります。以下では、これらのマクロ定義の意味を簡単に紹介してから、これらのマクロ定義を変更します。

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

    VISIT http://www.FreeRTOS.org TO ENSURE YOU ARE USING THE LATEST VERSION.

    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 */

3.6stm32f10x_it.cを変更します

SysTick割り込みサービス機能は非常に重要な機能です。FreeRTOSは時間に関連するすべての機能を処理します。SysTickはFreeRTOSのハートビートクロックであり、人間のハートビートと同じようにFreeRTOSの動作を駆動します。ハートビートがない場合は、これは「デッド」に相当します。同様に、FreeRTOSにハートビートがない場合、どこかでスタックし、タスクをスケジュールしたり、何かを実行したりできないため、FreeRTOSハートビートクロックを実装する必要があります。FreeRTOSはSysTickスタートアップの構成の実現に役立ちます：vPortSetupTimerInterrupt（）関数がport.cファイルに実装され、FreeRTOSの一般的なSysTick割り込みサービス関数も実装されました：xPortSysTickHandler（）関数がport.cファイルに実装されているため、移植時stm32f10x_it.cに対応することを認識する必要があります（STM32）SysTick_Handler（）関数をプラットフォームドキュメントに含めることができます。

FreeRTOSは、開発者にとって多くのことを考慮しています。PendSV_Handler（）とSVC_Handler（）は、私たちにとって非常に重要な2つの関数です。xPortPendSVHandler（）関数とvPortSVCHandler（）関数は、自分で実装できないように、port.cファイルに実装されています。stm32f10x_it.c私たちは、コメントアウトする必要があるの二つの機能を。PendSV_Handler()SVC_Handler()

//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 */
}

• 2020年10月29日にLeungによって書かれました

•リファレンス：WildfireFreeRTOSビデオおよびPDFチュートリアル

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