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【经验分享】FreeRTOS移植

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STMCU小助手 发布时间：2022-3-27 16:00
1. 简介
   我们已经了解了FreeRTOS，接下来我们就把FreeRTOS移植到我们所使用的平台上，我们使用的板子是STM32F407。
2. 预备工作
   要移植FreeRTOS，肯定需要一个基础工程，基础工程越简单越好，我们就用之前的跑马灯实验作为基础工程。

3. FreeRTOS移植
3.1 创建FreeRTOS文件夹

 WE_]8WG(B]SX[2SKP_@6ZQ2.png

3.2 将FreeRTOS的源码添加到FreeRTOS目录中

FreeRTOSv10.4.1\FreeRTOS\Source

@3[$A2Y(0@2GXG_P2}XV2[I.png

3.3 删除portable文件夹中相关的文件和目录

我们只需要留下keil、MemMang和RVDS这三个文件夹，其余的都可以删除的。

KW@JN5TQ]4@3D6_3AHAM)JS.png

3.4 向工程分组中添加文件

打开基础工程，新建分组FreeRTOS_CORE和FreeRTOS_PORTABLE，然后向这两个分组中添加文件。

$X]UIM1K`TWXO[5Z6X8YMKB.png

FreeRTOS_CORE中的文件就在FreeRTOS目录中。FreeRTOS_PORTABLE分组中的port.c和heap_4.c是怎么来的呢？port.c是RVDS文件夹下的ARM_CM4F中的文件，因为STM32F407是Cortex-M4内核并且带有FPU，因此要选择ARM_CM4F中的port.c文件。heap_4.c是MemMang文件夹中的，里面有5个c文件：heap_1.c,heap_2.c,heap_3.c,heap_4.c,heap_5.c。这5个c文件是五种不同的内存管理方法。

这5个文件都可以用来作为FreeRTOS的内存管理文件，只是它们的实现原理不同，各有利弊。后面我们再来讨论FreeRTOS的内存管理。

3.5 添加响应的头文件路径

7Z6AA}Y_AUGQN9S5CQOB%SV.png

3.6 找不到头文件的错误
  1. ..\FreeRTOS\croutine.c(27): error:  #5: cannot open source input file "FreeRTOS.h": No such file or directory
复制代码

解决办法

FreeRTOS.h头文件在FreeRTOS\include目录中。

$JH~[U5%OOT}96{]]@[EQ(V.png

再次编译发现又有头文件找不到FreeRTOSConfig.h文件

  1. ..\FreeRTOS\include\FreeRTOS.h(57): error:  #5: cannot open source input file "FreeRTOSConfig.h": No such file or directory
复制代码

在项目文件中搜索该头文件发现找不到，这个时候我们可以找找FreeRTOS的官方移植工程汇总会不会有这个文件，打开FreeRTOS针对STM32F407的移植工程文件，文件夹是H:\02_stm32\其它资料\FreeRTOS\FreeRTOSv10.4.1\FreeRTOS\Demo\CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK。

YK}9`1[T(6EC)E}@~T~OZ)2.png

找到该文件之后，我们直接将它复制到FreeRTOS源码中的include文件夹下。FreeRTOSConfig.h文件是配置文件，一般的操作系统都有裁剪、配置功能，而这些裁剪及配置都是通过一个文件来完成的，基本都是通过宏定义来完成对系统的配置和裁剪的。

3.7 SystemCoreClock没有定义的错误

  1. ..\FreeRTOS\portable\RVDS\ARM_CM4F\port.c(732): error:  #20: identifier "SystemCoreClock" is undefined
复制代码
SystemCoreClock未定义，因为在FreeRTOSConfig.h中使用了SystemCoreClock来标记MCU的频率。

]ZSA_30S`DVKZEPGF{RP802.png

这是一个条件编译，只有定义了__ICCARM__以后下边的代码才有效。

  1. /* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
  2. #ifdef __ICCARM__
  3. #include <stdint.h>
  4. extern uint32_t SystemCoreClock;
  5. #endif
复制代码

修改这个条件编译，修改后的代码如下：
  1. /* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
  2. #if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
  3. #include <stdint.h>
  4. extern uint32_t SystemCoreClock;
  5. #endif
复制代码

3.8 重复定义的错误

  1. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6200E: Symbol PendSV_Handler multiply defined (by port.o and stm32f4xx_it.o).
  2. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6200E: Symbol SVC_Handler multiply defined (by port.o and stm32f4xx_it.o).
  3. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6200E: Symbol SysTick_Handler multiply defined (by port.o and stm32f4xx_it.o).
复制代码

port.c和stm32f4xx_it.c两个文件中有重复定义的函数：PendSV_Handler(), SVC_Handler(), SysTick_Handler()。屏蔽掉stm32f4xx_it.c中的PendSV_Handler(), SVC_Handler(), SysTick_Handler()三个函数。再次编译，发现如下未定义错误。

3.9 未定义错误

  1. Build started: Project: 01Test
  2. *** Using Compiler 'V5.06 update 6 (build 750)', folder: 'D:\Keil_v5\ARM\ARMCC\Bin'
  3. Build target '01Test'
  4. compiling stm32f4xx_it.c...
  5. linking...
  6. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationIdleHook (referred from tasks.o).
  7. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationStackOverflowHook (referred from tasks.o).
  8. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationTickHook (referred from tasks.o).
  9. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationMallocFailedHook (referred from heap_4.o).
  10. Not enough information to list image symbols.
  11. Not enough information to list load addresses in the image map.
  12. Finished: 2 information, 0 warning and 4 error messages.
  13. "..\OBJ\01Test.axf" - 4 Error(s), 0 Warning(s).
  14. Target not created.
  15. Build Time Elapsed:  00:00:05
复制代码

发现这些未定义的函数，它们都是Hook结尾的，这些函数有个共同的名称：钩子函数，这是因为在FreeRTOSConfig.h中开启了这些钩子函数，但是没有定义这些钩子函数导致的。我们在FreeRTOSConfig.h中关闭这些钩子函数就行了，关闭的方法很简单，将相应的宏定义改为0即可。这里将宏configUSE_IDLE_HOOK、configUSE_TICK_HOOK、configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK和configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW定义为0。

最后编译一下，应该就没有错误了，如果还有错误的话大家自行根据错误类型查找和修改错误。

4. SYSTEM文件修改
4.1 修改sys.h文件
使用FreeRTOS，我们应该将宏SYSTEM_SUPPORT_OS改为1。
  1. //0,不支持ucos
  2. //1,支持ucos
  3. #define SYSTEM_SUPPORT_OS                1                //定义系统文件夹是否支持OS
复制代码

4.2 修改usart.c文件
usart.c文件修改也很简单，usart.c文件有两部分要修改，一个是添加FreeRTOS.h头文件，默认是添加的UCOS中的includes.h头文件。修改之后内容如下：
  1. //如果使用ucos,则包括下面的头文件即可.
  2. #if SYSTEM_SUPPORT_OS
  3. #include "FreeRTOS.h"        //os使用
  4. #endif
复制代码

修改USART1中的中断服务函数，在使用UCOS的时候需要进出中断的时候添加OSIntEnter()和OSIntExit()。使用FreeRTOS的话就不需要了，所以将这两行代码删除即可。

  1. void USART1_IRQHandler(void)                        //串口1中断服务程序
  2. {
  3. u8 Res;

  5. if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
  6. {
  7.         Res =USART_ReceiveData(USART1);//(USART1->DR);        //读取接收到的数据

  9.         if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
  10.         {
  11.                 if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
  12.                 {
  13.                         if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
  14.                         else USART_RX_STA|=0x8000;        //接收完成了
  15.                 }
  16.                 else //还没收到0X0D
  17.                 {
  18.                         if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
  19.                         else
  20.                         {
  21.                                 USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
  22.                                 USART_RX_STA++;
  23.                                 if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收         
  24.                         }                 
  25.                 }
  26.         }                    
  27. }
  28. }
复制代码

4.3 修改delay.c文件

delay.c文件修改的就比较大了，因为涉及到FreeRTOS的系统时钟，delay.c文件里面有4个函数。

首先来看看SysTick_Handler()，次函数是滴答定时器的中断服务函数，代码如下：

  1. extern void xPortSysTickHandler(void);

  3. //systick中断服务函数,使用OS时用到
  4. void SysTick_Handler(void)
  5. {
  6. if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
  7. {
  8. xPortSysTickHandler();
  9. }
  10. }
复制代码

delay_init()是用来初始化滴答定时器和延时函数，代码如下：

  1. //初始化延迟函数
  2. //SYSTICK的时钟固定为AHB时钟，基础例程里面SYSTICK时钟频率为AHB/8
  3. //这里为了兼容FreeRTOS，所以将SYSTICK的时钟频率改为AHB的频率！
  4. //SYSCLK:系统时钟频率
  5. void delay_init(u8 SYSCLK)
  6. {
  7. u32 reload;
  8. SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);
  9. fac_us=SYSCLK;                                                        //不论是否使用OS,fac_us都需要使用
  10. reload=SYSCLK;                                                        //每秒钟的计数次数 单位为M
  11. reload*=1000000/configTICK_RATE_HZ;                //根据configTICK_RATE_HZ设定溢出时间
  12. //reload为24位寄存器,最大值:16777216,在168M下,约合0.0998s左右
  13. fac_ms=1000/configTICK_RATE_HZ;                        //代表OS可以延时的最少单位
  14. SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;//开启SYSTICK中断
  15. SysTick->LOAD=reload;                                         //每1/configTICK_RATE_HZ断一次
  16. SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
  17. }
复制代码

延时函数定义如下：

  1. //延时nus
  2. //nus:要延时的us数.
  3. //nus:0~204522252(最大值即2^32/fac_us@fac_us=168)
  4. void delay_us(u32 nus)
  5. {        
  6. u32 ticks;
  7. u32 told,tnow,tcnt=0;
  8. u32 reload=SysTick->LOAD;                                //LOAD的值
  9. ticks=nus*fac_us;                                                 //需要的节拍数
  10. told=SysTick->VAL;                                        //刚进入时的计数器值
  11. while(1)
  12. {
  13. tnow=SysTick->VAL;
  14. if(tnow!=told)
  15. {
  16. if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;        //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
  17. else tcnt+=reload-tnow+told;
  18. told=tnow;
  19. if(tcnt>=ticks)break;                        //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
  20. }
  21. };
  22. }
  23. //延时nms
  24. //nms:要延时的ms数
  25. //nms:0~65535
  26. void delay_ms(u32 nms)
  27. {
  28. if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
  29. {        
  30. if(nms>=fac_ms)                                                //延时的时间大于OS的最少时间周期
  31. {
  32. vTaskDelay(nms/fac_ms);                         //FreeRTOS延时
  33. }
  34. nms%=fac_ms;                                                //OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时
  35. }
  36. delay_us((u32)(nms*1000));                                //普通方式延时
  37. }

  39. //延时nms,不会引起任务调度
  40. //nms:要延时的ms数
  41. void delay_xms(u32 nms)
  42. {
  43. u32 i;
  44. for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
  45. }
复制代码

编译之后出现如下错误

  1. ..\OBJ\01Test.axf: Error: L6200E: Symbol SysTick_Handler multiply defined (by port.o and delay.o).
复制代码

在port.c和delay.c中有重复定义的函数，SysTick_Handler只能二选一，很明显delay.c中的SysTick_Handler()保留下来，打开FreeRTOSConfig.h文件，找到如下宏定义：
  1. #define xPortSysTickHandler SysTick_Handler
复制代码

注释上面的宏定义。

5. 测试程序设计
   main.c文件

  1. #include "sys.h"
  2. #include "delay.h"
  3. #include "usart.h"
  4. #include "led.h"
  5. #include "FreeRTOS.h"
  6. #include "task.h"

  8. //任务优先级
  9. #define START_TASK_PRIO                1
  10. //任务堆栈大小
  11. #define START_STK_SIZE                 128
  12. //任务句柄
  13. TaskHandle_t StartTask_Handler;
  14. //任务函数
  15. void start_task(void *pvParameters);

  17. //任务优先级
  18. #define LED0_TASK_PRIO                2
  19. //任务堆栈大小
  20. #define LED0_STK_SIZE                 50
  21. //任务句柄
  22. TaskHandle_t LED0Task_Handler;
  23. //任务函数
  24. void led0_task(void *pvParameters);

  26. //任务优先级
  27. #define LED1_TASK_PRIO                3
  28. //任务堆栈大小
  29. #define LED1_STK_SIZE                 50
  30. //任务句柄
  31. TaskHandle_t LED1Task_Handler;
  32. //任务函数
  33. void led1_task(void *pvParameters);

  35. //任务优先级
  36. #define FLOAT_TASK_PRIO                4
  37. //任务堆栈大小
  38. #define FLOAT_STK_SIZE                 128
  39. //任务句柄
  40. TaskHandle_t FLOATTask_Handler;
  41. //任务函数
  42. void float_task(void *pvParameters);

  44. int main(void)
  45. {
  46. NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4
  47. delay_init(168);                //初始化延时函数
  48. uart_init(115200);             //初始化串口
  49. LED_Init();                        //初始化LED端口

  51. //创建开始任务
  52. xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //任务函数
  53.             (const char*    )"start_task",          //任务名称
  54.             (uint16_t       )START_STK_SIZE,        //任务堆栈大小
  55.             (void*          )NULL,                  //传递给任务函数的参数
  56.             (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //任务优先级
  57.             (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //任务句柄            
  58. vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
  59. }

  61. //开始任务任务函数
  62. void start_task(void *pvParameters)
  63. {
  64. taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区
  65. //创建LED0任务
  66. xTaskCreate((TaskFunction_t )led0_task,   
  67. (const char*    )"led0_task",   
  68. (uint16_t       )LED0_STK_SIZE,
  69. (void*          )NULL,                        
  70. (UBaseType_t    )LED0_TASK_PRIO,
  71. (TaskHandle_t*  )&LED0Task_Handler);
  72. //创建LED1任务
  73. xTaskCreate((TaskFunction_t )led1_task,
  74. (const char*    )"led1_task",
  75. (uint16_t       )LED1_STK_SIZE,
  76. (void*          )NULL,
  77. (UBaseType_t    )LED1_TASK_PRIO,
  78. (TaskHandle_t*  )&LED1Task_Handler);
  79. //浮点测试任务
  80. xTaskCreate((TaskFunction_t )float_task,
  81. (const char*    )"float_task",
  82. (uint16_t       )FLOAT_STK_SIZE,
  83. (void*          )NULL,
  84. (UBaseType_t    )FLOAT_TASK_PRIO,
  85. (TaskHandle_t*  )&FLOATTask_Handler);
  86. vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
  87. taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
  88. }

  90. //LED0任务函数
  91. void led0_task(void *pvParameters)
  92. {
  93. while(1)
  94. {
  95. LED0=~LED0;
  96. vTaskDelay(500);
  97. }
  98. }

  100. //LED1任务函数
  101. void led1_task(void *pvParameters)
  102. {
  103. while(1)
  104. {
  105. LED1=0;
  106. vTaskDelay(200);
  107. LED1=1;
  108. vTaskDelay(800);
  109. }
  110. }

  112. //浮点测试任务
  113. void float_task(void *pvParameters)
  114. {
  115. static float float_num=0.00;
  116. while(1)
  117. {
  118. float_num+=0.01f;
  119. printf("float_num的值为: %.4f\r\n",float_num);
  120. vTaskDelay(1000);
  121. }
  122. }
复制代码

实验结果：

LED0和LED1开始闪烁，LED0均匀闪烁，LED1亮的时间短，灭的时间长。然后串口不断有数据输出。



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