【OpenHarmony】移植 3.1 版本系统到 STM32

【OpenHarmony】STM32F407 移植 3.1版本系统

一、前言

最近 OpenHarmony 3.1 已正式发布，标准系统（LiteOS-A）基础能力增强，小型系统（LiteOS-M）基本没啥变化，趋于稳定，我之前写过一篇移植 LiteOS 移植到 STM32 的文章，当时的 LiteOS 版本还没有归入到 OpenHarmony，有些特性没有支持

移植文章链接：【OpenHarmony】VSCode下移植 LiteOS-M 到STM32

为了弥补这个缺陷，移植最新的 LiteOS-M 到 MCU 上，使用最新的系统特性，我又研究了一下 OpenHarmony 移植到 MCU 的过程，之前移植失败有些细节没有注意到，后面研究后发现其实整体框架还是很清晰的， 顺便将OpenHarmony 移植到 MCU 的过程分享给大家，相关教程和代码放在我的 Gitee 和 Github 仓库

开发环境使用 VSCode + GCC +OpenOCD 开发，环境配置可以看前一篇文章：

博客链接：VSCode 搭建 STM32 开发环境

移植编译的方式使用的 Makefile 进行编译构建，没有使用官方推荐的 najia 进行构建，官方对于的 najia 的构建方式的描写的挺详细，也是主推的方法，有兴趣的可以自行去了解，我个人偏向于使用 Make 方式

二、开发环境

硬件平台：

软件环境：

VSCode、STM32CubeMX、Git工具

技术基础：

• 会使用 STM32CubeMX 配置生成 Makefile 工程
• 会使用 Git
• 懂一点 makefile 语法

三、获取源码、添加第三方依赖

上 Gitee 拉取代码，选 3.1 发布的版本：链接

拉到本地的文件夹：

git clone https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m.git

拉取：

然后在 git 进入到 kernel_liteos_m 里面，新建 third_party 目录并进入

cd kernel_liteos_m 
mkdir ./third_party
cd third_party

然后拉取第三方依赖文件到本地

git clone https://gitee.com/openharmony/third_party_bounds_checking_function.git ./bounds_checking_function
git clone https://gitee.com/openharmony/third_party_cmsis.git ./cmsis
git clone https://gitee.com/openharmony/third_party_musl.git ./musl

拉取完成如下：

四、导入STM32 Makefile 工程

用 STM32CubeMX 新建一个 STM32F407ZGT6 的工程，导出到 liteos 目录下面的 targets 目录，STM32CubeMX 导出 Makefile 工程详细教程可以百度自行寻找，我简单的写一下，在 CubeMX 工程中我们配置好时钟树：

开启串口以及串口 DMA，方便进行调试：

修改 HAL 库延时的基础时钟，改为其他非 SysTick 的定时器，避免 HAL 库延时的定时器和系统运行的定时器冲突：

配置工程选项：

将生成的工程放到源码 targets 目录下：

target 下提供了几个基于芯来risc-v和sifive risc-v架构的芯片示例，我们不用管他

五、配置编译文件

在 VSCode 打开源码目录：

在我们的 Target 下的工程目录中新建一个 My_Path.mk 文件，用于辅助进行编译构建，在该文件内依次添加如下的 Makefile 代码

定位顶层目录

# Topdir
LITEOSTOPDIR := ../../
LITEOSTOPDIR := $(realpath $(LITEOSTOPDIR))

内核通用的路径和文件：

# Common
C_SOURCES   +=  $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kernel/src/*.c) \
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kernel/src/mm/*.c) \
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/cpup/*.c) \
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/power/*.c) \
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/backtrace/*.c) \
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/exchook/*.c) \
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/signal/*.c) \
                $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/utils/*.c)

C_INCLUDES  +=  -I$(LITEOSTOPDIR)/utils \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/kernel/include \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/components/cpup \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/components/power \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/components/backtrace \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/components/exchook \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/components/signal

第三方库目录和文件：

# Third party related
C_SOURCES    += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/third_party/bounds_checking_function/src/*.c)\
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kal/cmsis/*.c)\
				$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kal/posix/src/*.c)

C_INCLUDES   += -I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/bounds_checking_function/include \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/bounds_checking_function/src\
				-I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/cmsis/CMSIS/RTOS2/Include \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/musl/porting/liteos_m/kernel/include\
				-I$(LITEOSTOPDIR)/kal/cmsis \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/kal/posix/include \
				-I$(LITEOSTOPDIR)/kal/posix/musl_src/internal

个人的文件和路径，位置预留：

# My file
C_SOURCES    += 

C_INCLUDES   += 

架构相关文件，选择 M4 相关架构文件的目录

# Arch related
ASM_SOURCES   += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc/*.s)

ASMS_SOURCES  += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc/*.S)

C_SOURCES     += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc/*.c)

C_INCLUDES    += -I. \
                 -I$(LITEOSTOPDIR)/arch/include \
                 -I$(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc

CFLAGS        += -nostdinc -nostdlib
ASFLAGS       += -imacros $(LITEOSTOPDIR)/kernel/include/los_config.h -DCLZ=CLZ

# list of ASM .S program objects
OBJECTS += $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(ASMS_SOURCES:.S=.o)))
vpath %.S $(sort $(dir $(ASMS_SOURCES)))

$(BUILD_DIR)/%.o: %.S Makefile | $(BUILD_DIR)
	$(CC) -c $(CFLAGS) $(ASFLAGS) $< -o $@

然后在工程的 Makefile 中如下位置调用我们的 makefile 文件：

六、添加工程配置文件

我们要添加一个工程配置文件，用于配置和裁剪内核，在 Targets 下的工程目录内，添加一个 target_config.h 文件，文件内容如下：

/**@defgroup los_config System configuration items
 * @ingroup kernel
 */

#ifndef _TARGET_CONFIG_H
#define _TARGET_CONFIG_H

#include "stm32f4xx.h"
#include "stm32f4xx_it.h"

#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
extern "C"
{
#endif /* __cplusplus */
#endif /* __cplusplus */

/*=============================================================================
                                        System clock module configuration
=============================================================================*/
#define OS_SYS_CLOCK SystemCoreClock
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND (1000UL)
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME 0
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_WTIMER 0
#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_RESPONSE_MAX SysTick_LOAD_RELOAD_Msk

/*=============================================================================
                                        Hardware interrupt module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_PLATFORM_HWI 0
#define LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT 0
#define LOSCFG_PLATFORM_HWI_LIMIT 128

/*=============================================================================
                                        Openharmony Kernel configuration
=============================================================================*/

/*=============================================================================
                                       Task module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_LIMIT 24
#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_IDLE_STACK_SIZE (0x500U)
#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE (0x2D0U)
#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_MIN_STACK_SIZE (0x130U)
#define LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE 1
#define LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT 20000
/*=============================================================================
                                       Semaphore module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_BASE_IPC_SEM 1
#define LOSCFG_BASE_IPC_SEM_LIMIT 48

/*=============================================================================
                                       Mutex module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_BASE_IPC_MUX 1
#define LOSCFG_BASE_IPC_MUX_LIMIT 24
/*=============================================================================
                                       Queue module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_BASE_IPC_QUEUE 1
#define LOSCFG_BASE_IPC_QUEUE_LIMIT 24
/*=============================================================================
                                       Software timer module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR 1
#define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_ALIGN 1
#define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT 48
/*=============================================================================
                                       Memory module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_MEM_MUL_POOL 1
#define OS_SYS_MEM_NUM 20
/*=============================================================================
                                       Exception module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_PLATFORM_EXC 1

/*=============================================================================
                                        TestSuite configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_TEST 0

#ifndef LOSCFG_BACKTRACE_TYPE
#define LOSCFG_BACKTRACE_TYPE 1
#endif
/**
 * @ingroup los_config
 * Configuration backtrace depth.
 */
#ifndef LOSCFG_BACKTRACE_DEPTH
#define LOSCFG_BACKTRACE_DEPTH 15
#endif
#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
}
#endif /* __cplusplus */
#endif /* __cplusplus */

#endif /* _TARGET_CONFIG_H */

这些配置文件的含义和功能，主要是对着 los_config.h 来进行修改的，后面我会进行分析！

配置文件完成后对代码进行编译，编译使用的 task.json 来快速配置的，配置环境那一节我有提到过，修改路径如下：

然后编译，编译完成如下：

七、修改链接脚本

在链接脚本 targets\OpenHarmony_Demo\STM32F407ZGTx_FLASH.ld 中定义栈的起始地址为 0x20000000：

/* Lowest address of the user mode stack */
_sstack = 0x20000000;    /* start of RAM */

添加 .text 段的起始地址，这是链接脚本的语法，将当前位置地址赋值给 _stext：

   _stext = .;

具体位置如下：

八、修改中断服务函数

虽然编译完成了，但就算下载了程序，也无法正常运行，因为之前的配置代码写的

/*=============================================================================
                                        Hardware interrupt module configuration
=============================================================================*/
#define LOSCFG_PLATFORM_HWI 0
#define LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT 0
#define LOSCFG_PLATFORM_HWI_LIMIT 128

不使用硬件中断接管，所以我们需要在系统运行的两个重要中断服务函数添加内核的接口，让STM32的中断管理可以跳转到内核的处理函数：

进入 targets\OpenHarmony_Demo\Core\Src\stm32f4xx_it.c 文件，在下面两个函数添加如下函数：

在 PendSV 异常中进入 LiteOS HalPendSV 异常处理函数，进行任务切换操作

void PendSV_Handler(void)
{
    /* USER CODE BEGIN PendSV_IRQn 0 */
    HalPendSV();
    /* USER CODE END PendSV_IRQn 0 */
    /* USER CODE BEGIN PendSV_IRQn 1 */

    /* USER CODE END PendSV_IRQn 1 */
}

在 SysTick 中断服务函数添加 OsTickHandler 函数，为系统提供时间基准

void SysTick_Handler(void)
{
    /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */
    OsTickHandler();
    /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */

    /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */

    /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */
}

添加个头文件包含：

#include "los_arch_context.h"
#include "los_tick.h"

九、修改串口映射

之前我们有开启串口，所以我们再把 printf 的底层映射到串口上，供内核调用，便于调试，在 main.c 中包含头文件 include "stdio.h"，然后添加底层接口，底层接口未启动时使用阻塞方式发生数据，系统启动后则使用 DMA 传输，通过信号量防止 DMA 使用冲突：

#if 1
int _write(int fd, char *ptr, int len)
{
    osStatus_t result;
    osKernelState_t state;

    if (osKernelGetState() == osKernelInactive)
    {
        //系统未启动时不使用DMA
        HAL_UART_Transmit(&huart1, ptr, len, 0xFFFF);
        return len;
    }
    else
    {
        //获取信号，如果上一个DMA传输完成
        //信号就能获取到，没有传输完成任务就挂起
        //等到传输完成再恢复
        result = osSemaphoreAcquire(UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle, 0xFFFF);
        if (result == osOK)
        {
            HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, ptr, len); //获取成功,发送数据
            return len;
        }
        else
        {
            return -1; //获取失败
        }
    }
}
#endif

// DMA 传输完成后会调用传输完成回调函数，在该函数中我们释放信号
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == huart1.Instance)
        osSemaphoreRelease(UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle);
}

十、添加测试任务

然后在main函数中添加一个测试任务和一个信号量：

变量定义：

osSemaphoreId_t UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle;
const osSemaphoreAttr_t UART1_TX_DMA_Semaphore_attributes = {
    .name = "UART1_TX_DMA_Semaphore",
};

osThreadId_t uart_taskHandle;
const osThreadAttr_t uart_task_attributes = {
    .name = "uart_task",
    .stack_size = 512 * 2,
    .priority = (osPriority_t)osPriorityNormal3,
};

初始化：

    osKernelInitialize();
    UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle = osSemaphoreNew(1, 1, &UART1_TX_DMA_Semaphore_attributes);
    uart_taskHandle = osThreadNew(Uart_Task, NULL, &uart_task_attributes);
    osKernelStart();

任务实体：

void Uart_Task(void *argument);
void Uart_Task(void *argument)
{
    while (1)
    {
        printf("System Runing!!!\r\n");
        osDelay(1000);
    }
}

编译代码：

十一、实验现象

串口打印系统正常运行信息

十二、工程源码

示例工程的核心代码放到 Gitee 上了，需要自取

Gitee：https://gitee.com/JeckXu666/openharmony-for-mcu