基于STM32F4XX+RTOS的多线程程序开发及线程性能分析与状态查看

前言

STM32F4xx系列是ST公司高性价比产品，由于可以很方便的移植RTX-RTOS系统，在多线程程序开发上有很多的优势，但是在多线程并发情况下，如何合理的进行线程切换与调度，充分发挥芯片性能，解决线程间冲突，是迫切需要解决的问题。MDK5.25版本以后提供了新的System analyzer，可以方便的跟踪和统计线程的工作情况，由于网上资料较少，花了一天时间终于弄明白了System analyzer的使用，共享给大家，个人的经验，高手请绕路。

实现

下面是基于HAL库的多线程工程建立以及多线程程序实现过程，每一步基本上都有截图和说明。
工程使用STM32CubeMx生成，没有STM32CubeMx软件的上官网下载，STM32CubeMx的优点太多了，将繁琐的芯片配置过程图形化了，强烈推荐。

1. 打开软件，建立工程，选择一款芯片，本例选择STM32F405ZGTx，引脚配置如下图，首先配置调试端口为SWD，并切换系统时钟基准为任意一个TIM，这是由于RTOS要特殊使用SysTick时钟，此处选择了TIM14；
   
2. 配置RCC为外部时钟，虽然芯片内部时钟也能工作，但是误差可能有些大，还是外部时钟比较保险，可以看到配置完后，右边芯片图上时钟引脚和调试口引脚已经是绿色的了；
3. 本例使用了两个LED作为输出显示，这两个LED连接在PF9和PF10两个IO上，因此配置这量IO为输出，具体配置方法为在芯片图中的具体IO管脚上点鼠标左键，选择GPIO_Outpu即可，为了方便使用，在IO管脚上点鼠标右键，设置UserLabel为LED1和LED2；
   
   
4. 配置完后可以在左边列表中看到这两个IO，可以进一步设置上拉下拉，输出模式什么的，本例不用上下拉，是推挽输出；
   
5. 切换到芯片的Clock Configuration配置系统时钟，由于使用了外部晶振，可以将芯片调整到最快工作频率，注意不要有红色的错误即可；

6. 切换到ProjectManager页配置工程属性，这里有两个需要注意的地方，一个是Project下面的Toolchain/IDE和版本，要按照安装的IDE设置，由于本例使用了MDK-ARM5.27，故如图设置即可，另一个是Code Generator页的Generated files下面的第一个选项决定了是否单独产生.c/.h文件，选上有各种设备都单独生成.c/.h，而不是生成在一起；


7. 保存工程后，点击最后的GENERATE CODE生成工程代码，主要工程位置在ProjectManager中指定了。生成代码后会提示是否打开工程，当然要打开了；

8. 打开工程如下图所示，可以展开各个文件夹看一下文件组织结构，并编译工程，工程很干净，初始化已经完成了，LED引脚定义在main.h中；

9. 接下来添加RTOS支持，点击工具栏中的RTE按钮，如果找不到看下图中倒数第二个；
   
10. RTE是运行环境管理，可以很方便的加入各种组件，但是和STM32CubeMx有一些冲突，这也是为什么在STM32CubeMx中配置时没有选择Middleware中的FreeRTOS的缘故，FreeRTOS和CMSIS-RTOS还是有很大区别的，选择如下图中的组件，注意KeilRTX5一定要改成Source，就是加入源代码而不是直接使用库文件。主要是要选择Compiler下面的EventRecorder和KeilRTX5，如果有警告信息，可以点击左下角的Resolve按钮自动添加缺少的子组件；
11. 选择完成，点击OK后工程目录如下图所示，有三个绿色的运行环境，此时编译会出一大堆错误，是重复引用导致的；

12. 下面的工作是去除重复引用，在Device上点右键，选择Options for Component Class或者按Alt+F7，去掉Include in target build前的勾，在编译时不编译即可；

不再包括Device的启动代码的工程视图如下所示，Device部分变成灰色了，而且文件名上有一个红色的禁止编译符号；

13. 然后再注释掉stm32f4xx_it.c文件中的三个中断处理函数SVC_Handler,PendSV_Handler和SysTick_Handler，如下面三个图所示，再编译就没有错误了；



14. 在main.h中加入头文件，增加对RTOS2的引用，注意头文件位置，要写到USER CODE中，以便以后用STM32CubeMx更新代码时不破坏自己的代码；
#include “RTE_Components.h” // Component selection
#include “cmsis_os2.h” // ::CMSIS:RTOS2

15. 在main.c中增加两个线程句柄，用于线程操作，定义两个函数void thrLED1(void *argument)和void thrLED2(void *argument)，这两个函数的具体实现放在USER CODE BEGIN 4后面，声明放在USER CODE BEGIN PFP后面，这两个线程就是我们需要使用的工作线程了；

另外再声明一个函数void app_main(void *argument)作为主线程，也将声明和实现分别放在USER CODE BEGIN PFP和USER CODE BEGIN 4部分；

16. 在USER CODE BEGIN 2部分调用OS的初始化和创建主线程的代码如下：

17. 为了让线程监视起作用，还需要设置RTX_Config.h文件，在工程中CMSIS下找到RTX_Config.h，点击编辑窗口的左下角Configuartion Wizard视图，切换到配置向导，这个配置向导就是将文件中的定义用图形的方式显示出来，方便使用；

18. 需要配置的参数主要是Event Recorder Configuration下面的Global Initialization，一定要勾选上，如下图所示即可；
19. 再勾选上所有的RTOS事件；

20. 最后设置仿真器为SW模式，一定要以最高速度运行，否则会很卡；

21. 编译下载程序，全速运行；

22. 打开System Analyzer窗口；

23. 可以看到线程的工作情况了；

最上面是事件记录器，TRX5展开有下面的线程运行情况，可以查看什么时候线程切换了，点击线程名字的右键还有统计信息，标明了每个线程的CPU占用率；

24. 运行效果：两个LED分别以不同的闪烁频率闪烁，两个led线程分别是thrLED1运行1次，thrLED2运行5次。

结束语

有了这个分析器，可以极大的方便我们调试线程，了解RTOS的工作过程，多线程程序工作也非常方便的减少了并发程序开发的工作量，比跑裸机程序方便多了，以上一点个人使用经验，仅供借鉴参考。