STM32移植RT_thread经验分享

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STMCU小助手发布时间：2023-3-10 12:11

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文章简介:	STM32移植RT_thread经验分享

RT-Thread Nano 简介

RT-Thread Nano 是一个极简版的硬实时内核，它是由 C 语言开发，采用面向对象的编程思维，具有良好的代码风格，是一款可裁剪的、抢占式实时多任务的 RTOS。其内存资源占用极小，功能包括任务处理、软件定时器、信号量、邮箱和实时调度等相对完整的实时操作系统特性。适用于家电、消费电子、医疗设备、工控等领域大量使用的 32 位 ARM 入门级 MCU 的场合。

下图是 RT-Thread Nano 的软件框图，包含支持的 CPU 架构与内核源码，还有可拆卸的 FinSH 组件：

支持架构：ARM：Cortex M0/ M3/ M4/ M7 等、RISC-V 及其他。

功能：线程管理、线程间同步与通信、时钟管理、中断管理、内存管理。

1 从官网下载RT-Thread源码，里面包含stm32f1xx的例程。

建议使用最新的源码。很多功能老版本的代码里面都没有，比如之前使用3.1.2的源码，想使用ADC功能，发现源码里没有这部分，更新到4.0.0就有了，并且4.0版本也是现在官方推荐使用的，配合ENV工具开发很方便，现在RTT的社区有很多软件包了，通过ENV就可以很轻松的使用这些功能。

BSP 文件夹内

此版本是基于 HAL 的例程大家如果熟悉使用HAL库可直接在此使用

下面开始正式的介绍移植过程

Nano Pack 安装

Nano Pack 可以通过在 Keil MDK IDE 内进行安装，也可以手动安装。下面开始介绍两种安装方式。

方法一：在 IDE 内安装

打开 MDK 软件，点击工具栏的 Pack Installer 图标：

点击右侧的 Pack，展开 Generic，可以找到 RealThread::RT-Thread，点击 Action 栏对应的 Install ，就可以在线安装 Nano Pack 了。另外，如果需要安装其他版本，则需要展开 RealThread::RT-Thread，进行选择。

方法二：手动安装

我们也可以从官网下载安装文件，RT-Thread Nano 离线安装包下载，下载结束后双击文件进行安装：

添加 RT-Thread Nano 到工程

打开已经准备好的可以运行的裸机程序，将 RT-Thread 添加到工程。如下图，点击 Manage Run-Time Environment。

在 Manage Rum-Time Environment 里 "Software Component" 栏找到 RTOS，Variant 栏选择 RT-Thread，然后勾选 kernel，点击 "OK" 就添加 RT-Thread 内核到工程了。

现在可以在 Project 看到 RT-Thread RTOS 已经添加进来了，展开 RTOS，可以看到添加到工程的文件：

移植完打开过程文件是错误的

适配 RT-Thread Nano中断与异常处理

RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler()，这两个函数已由 RT-Thread 实现，所以需要删除工程里中断服务例程文件中的这两个函数，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

系统时钟配置

需要在 board.c 中实现系统时钟配置（为 MCU、外设提供工作时钟）与 os tick 的配置（为操作系统提供心跳 / 节拍）。

如下代码所示， HAL_Init() 初始化 HAL 库， SystemClock_Config()配置了系统时钟， SystemCoreClockUpdate() 对系统时钟进行更新，_SysTick_Config() 配置了 OS Tick。此处 OS Tick 使用滴答定时器 systick 实现，需要用户在 board.c 中实现 SysTick_Handler() 中断服务例程，调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() ，如下图所示。

/* board.c */
void
rt_hw_board_init()
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
/* System Clock Update */
SystemCoreClockUpdate();
/* System Tick Configuration */
_SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);
/* Call components board initial (use INIT_BOARD_EXPORT()) */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
rt_components_board_init()
#endif
#if defined(RT_USING_USER_MAIN)
&
&
defined(RT_USING_HEAP) rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get())
#endif
}

复制代码

由于 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现，做了系统 OS Tick，所以还需要删除工程里中原本已经实现的 SysTick_Handler() ，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

内存堆初始化

系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成，内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启，RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能，这样可以保持一个较小的体积，不用为内存堆开辟空间。

开启系统 heap 将可以使用动态内存功能，如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能，则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可，此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用，如下所示：

初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数，系统中默认使用数组作为 heap，并获取了 heap 的起始地址与结束地址，该数组大小可手动更改，如下所示：

注意：开启 heap 动态内存功能后，heap 默认值较小，在使用的时候需要改大，否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况，修改方法有以下两种：

可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小，至少大于各个动态申请内存大小之和，但要小于芯片 RAM 总大小。
也可以参考进行修改，使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址，使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址，这是 heap 能设置的最大值的方法。

编写第一个应用

移植好 RT-Thread Nano 之后，则可以开始编写第一个应用代码验证移植结果。此时 main() 函数就转变成 RT-Thread 操作系统的一个线程，现在可以在 main() 函数中实现第一个应用：板载 LED 指示灯闪烁，这里直接基于裸机 LED 指示灯进行修改。

首先在文件首部增加 RT-Thread 的相关头文件 <rtthread.h> 。
在 main() 函数中（也就是在 main 线程中）实现 LED 闪烁代码：初始化 LED 引脚、在循环中点亮 / 熄灭 LED。
将延时函数替换为 RT-Thread 提供的延时函数 rt_thread_mdelay()。该函数会引起系统调度，切换到其他线程运行，体现了线程实时性的特点。

编译程序之后下载到芯片就可以看到基于 RT-Thread 的程序运行起来了，LED 正常闪烁。

注意事项：当添加 RT-Thread 之后，裸机中的 main() 函数会自动变成 RT-Thread 系统中 main 线程的入口函数。由于线程不能一直独占 CPU，所以此时在 main() 中使用 while(1) 时，需要有让出 CPU 的动作，比如使用 rt_thread_mdelay() 系列的函数让出 CPU。

与裸机 LED 闪烁应用代码的不同：

1). 延时函数不同： RT-Thread 提供的 rt_thread_mdelay() 函数可以引起操作系统进行调度，当调用该函数进行延时时，本线程将不占用 CPU，调度器切换到系统的其他线程开始运行。而裸机的 delay 函数是一直占用 CPU 运行的。

2). 初始化系统时钟的位置不同：移植好 RT-Thread Nano 之后，不需要再在 main() 中做相应的系统配置（如 hal 初始化、时钟初始化等），这是因为 RT-Thread 在系统启动时，已经做好了系统时钟初始化等的配置，这在上一小节 “系统时钟配置” 中有讲解。

配置 RT-Thread Nano

用户可以根据自己的需要通过修改 rtconfig.h 文件里面的宏定义配置相应功能。

RT-Thread Nano 默认未开启宏 RT_USING_HEAP，故只支持静态方式创建任务及信号量。若要通过动态方式创建对象则需要在 rtconfig.h 文件里开启 RT_USING_HEAP 宏定义。

MDK 的配置向导 configuration Wizard 可以很方便的对工程进行配置，Value 一栏可以选中对应功能及修改相关值，等同于直接修改配置文件 rtconfig.h。

实现动态内存堆

RT-Thread Nano 默认不开启动态内存堆功能，开启 RT_USING_HEAP 将可以使用动态内存功能，即可以使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。动态内存堆管理功能的初始化是通过 rt_system_heap_init() 函数完成的，动态内存堆的初始化需要指定堆内存的起始地址和结束地址，函数原型如下：

void rt_system_heap_init(void *begin_addr, void *end_addr)

复制代码

开启 RT_USING_HEAP 后，系统默认使用数组作为 heap，heap 的起始地址与结束地址作为参数传入 heap 初始化函数，heap 初始化函数 rt_system_heap_init() 将在 rt_hw_board_init() 中被调用。

开启 heap 后，系统中默认使用数组作为 heap（heap 默认较小，实际使用时请根据芯片 RAM 情况改大），获得的 heap 的起始地址与结束地址，作为参数传入 heap 初始化函数：

#define RT_HEAP_SIZE 1024
static
uint32_t rt_heap[RT_HEAP_SIZE];
RT_WEAK void *rt_heap_begin_get(void)
{
return rt_heap;
}
RT_WEAK void *rt_heap_end_get(void)
{
return rt_heap + RT_HEAP_SIZE;
}
void rt_hw_board_init(void)
{
....
#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get());
//传入 heap 的起始地址与结束地址
#endif
....
}

复制代码

如果不想使用数组作为动态内存堆，则可以重新指定系统 HEAP 的大小，例如使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址（这里需检查与链接脚本是否对应），使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址，这样可以将空余RAM 全部作为动态内存 heap 使用。如下示例重新定义了 HEAP 的起始地址与结尾地址，并作为初始化参数进行系统 HEAP 初始化。

#define STM32_SRAM1_START (0x20000000)
#define STM32_SRAM1_END (STM32_SRAM1_START + 20 * 1024) // 结束地址 = 0x20000000（基址） + 20K(RAM大小)
#if defined(__CC_ARM) || defined(__CLANG_ARM)
extern
int Image$RW_IRAM1$ZI$Limit;
// RW_IRAM1，需与链接脚本中运行时域名相对应
#define HEAP_BEGIN ((void *)&Image$RW_IRAM1$ZI$Limit)
#endif
#define HEAP_END STM32_SRAM1_END

复制代码

void rt_hw_board_init(void)
{
....
#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
rt_system_heap_init((
void *)HEAP_BEGIN, (
void *)HEAP_END);
#endif
....
}

复制代码

链接脚本

链接脚本，也称分散加载文件，决定在生成 image 文件时如何来分配相关数据的存放基址，如果不指定特定的链接脚本，连接器就会自动采用默认的链接脚本来生成镜像。

举例 stm32 在 KEIL MDK 开发环境下的链接脚本文件 xxx.sct：

LR_IROM1
0x08000000
0x00020000 {
;
load
region
size_region
ER_IROM1
0x08000000
0x00020000 {
;
load
address
=
execution
address
*.o
(RESET,
+First)
*(InRoot$Sections)
.ANY
(+RO)
}
RW_IRAM1
0x20000000
0x00005000 {
;
RW
data
.ANY
(+RW
+ZI)
}
}

复制代码

其中 RW_IRAM1 0x20000000 0x00005000 表示定义一个运行时域 RW_IRAM1（默认域名），域基址为 0x20000000，域大小为 0x00005000（即 20K ），对应实际 RAM 大小。.ANY (+RW +ZI) 表示加载所有匹配目标文件的可读写数据 RW-Data、清零数据 ZI-Data。所以运行时所占内存的结尾处就是 ZI 段结尾处，可以将 ZI 结尾处之后的内存空间作为系统动态内存堆使用。

获取示例代码

Keil MDK 中集成的 RT-Thread Nano 软件包附带示例代码，如果需要参照示例代码，则可以在 Keil 中打开相应的示例代码工程。

首先点击 Pack Installer，进入下图所示界面：

右侧界面切换到 Examples，然后在左侧界面搜索 Device 或者 Boards，点击搜索出的芯片或者开发板，会显示与其相关的所有示例代码，同时可以看到 RT-Thread 的示例代码也在其中，点击 Copy，选择一个路径，然后点击 OK 即可打开示例代码工程

打开 keil 的安装路径将 RT-Thread Package 到裸机工程根目录

1、拷贝 rtconfig.h 文件到 user 文件夹
将 RT-Thread/3.0.3/bsp 文件夹下面的 rtconfig.h 文件拷贝到工程根目录下面的 user文件夹，可以通过修改这个 RT-Thread 内核的配置头文件来裁剪 RT-Thread 的功能

2、拷贝 board.c 文件到 user 文件夹下（新建RTE ）
将 RT-Thread/3.0.3/bsp 文件夹下面的 board.c 文件拷贝到工程根目录下面的 user 文件夹，等下我们需要对这个 board.c 进行修改。

3、添加 RT-Thread 源码到工程组文件夹
新建 rtt/source 和 rtt/cpu 两个组文件夹，其中 rtt/source 用于存放 src 文件夹的内容， rtt/cpu用于存放 libcpu/arm/cortex-m？文件夹的内容，“？”表示0 3、 4 或者 7。内核文件我们移植的为stm32f103 内核选择 Cortex-M3