NXP S32K144学习系列3----基于FreeRTOS进行多个ms级任务的创建
其实拿到开发板的那一刻我就想好了，这次不从外设开始学习，而是先要把FreeRTOS移植好再把外设一个一个的学起来。而把FreeRTOS移植到S32K144的第一步就是创建几个周期性任务。
首先先大致介绍下FreeRTOS，一切资料都可以从如下官网获取（包括代码包，资料等）：
FreeRTOS - Market leading RTOS (Real Time Operating System) for embedded systems with Internet of Things extensionsMarket-leading MIT licensed open source real-time operating system (RTOS) for microcontrollers and microprocessors. Includes IoT and general purpose libraries.
https://www.freertos.org/
FreeRTOS和常说的uC/OS都属于是 RTOS 类操作系统，RTOS是什么？可以分为RT(Real Time)和OS(Operating System)两部分去理解，首先，这种操作系统是适合于汽车行业等对于“硬实时性”有严格要求的场合，而大家常说的windows和linux虽也是操作系统，但这类操作系统属于“软实时性”操作系统，什么是“软实时性”？“软实时性”是指响应时间若超出了期望的时间范围，并不会让user觉得这个功能失效了，而只是觉得这台电脑有点慢；“硬实时性”是指所有任务必须在期望时间内完成，没有完成意味着该功能的失效。为什么要有这个区分呢？举个例子，打开IE浏览器搜索CSDN，等了三秒才出来，你认为不过是慢了点，不影响后续操作，但汽车安全气囊或主动安全系统的触发即使比期望时间多了1ms，都有可能造成无法挽回的损失。因此，大多数嵌入式系统不仅能满足硬实时要求，也能满足软实时要求，当然这跟MCU性能是分不开的，一般Linux操作系统只会在拥有A核的SOC芯片上去完成搭建，而我们这个普普通通相貌平平的CortexM4还是算了。
话说回来，为什么要一上来就进行FreeRTOS的移植，移植好之后可以给我们带来什么？这个问题牵扯到太多，我只从代码架构的角度来简单讲下，假设没有那我们所有函数都要堆在main函数最后的while中去完成，且不说代码阅读的问题，一个更重要的问题是这样的话除了中断外就没有任何任务的时序了，即便是你通过counter实现了每个任务运行频率的控制，但也没办法实现不同任务之间的抢占和调度。
对于前面已经下载过S32DS的同学们就不必从FreeRTOS官网下载再copy到project这样做啦，因为NXP已经帮我们下载好了，而我们需要做的只是把FreeRTOS这个包导进来，具体做法如下：
在新建好工程之后找到ComponetsLib试图，双击FreeRTOS包，怎么找到这个试图参见我的上一篇文章：
双击OSs下的Freertos，出现Component Inspector - FreeRTOS ，这里面可以配置一些freertos的选项，这些选项在FreeRTOSConfig.h也可以修改，其实本质上是一样的，唯一有一点需要注意的是，我这里的开发板时钟主频为48MHz，后面的systick必须和这个频率一致，否则os会跑的不准：
配置好之后点击Generate Code：
当看到Project里面层级中自动导入了rtos就代表你已经完成了将FreeRTOS的原始包导入工程中的任务，可以开始真正集成的工作了。
集成之前有必要先对代码的运行进行一个简单的介绍，要对代码的运行有一个时间和空间上的初步概念。一般来说，正常完整的软件启动过程是这样的：
BootROM->Boot->APP
其中BootROM是芯片厂家对芯片写死的一部分代码，这部分代码的功能是完成芯片上电后的一些自检工作，然后会jump到Boot的“main”，Boot一般有两个主要作用，1是完成刷新（刷app或自刷新），2是完成跳转；APP是我们比较熟知的一块了，正常来说我们所做的绝大部分工作都是在App这个Block中完成的。以上三个Block可以理解为具备独立的三个hex。
而我们拿到的demo工程百分之九十九不会采取上述方式让code运行，我们可以先瞅一眼demo是如何做的？从startup.s开始看起：
M4属于armv7架构，然后在section isr_vector段定义了一个label叫_isr_vector(什么是section什么是段？这个我会在后面的文章中讲到，专门讲一下linker)，然后在这个段中首先定义了一个中断向量表（中断向量表中全部为弱定义的handler，并不是中断服务函数本体），表头又定义了一个label叫__StackTop，目的是在map中告诉你这个是栈顶（但是和我理解的stack不太一样，难道不应该是放到最后？或者说stack放到最前最后都是可以的？），接下来是一个Reset_Handler，这个东西和普通的中断handler可不一样，他决定了我们芯片在reset之后去做什么，指针指向哪里，也就解答了我们demo中的code是如何开始跑的。
看下Reset_Handler函数的具体内容：
/* Reset Handler */
.thumb_func
.align 2
.globl Reset_Handler
.weak Reset_Handler
.type Reset_Handler, %function
Reset_Handler:
cpsid i /* Mask interrupts */
/* Init the rest of the registers */
ldr r1,=0
ldr r2,=0
ldr r3,=0
ldr r4,=0
ldr r5,=0
ldr r6,=0
ldr r7,=0
mov r8,r7
mov r9,r7
mov r10,r7
mov r11,r7
mov r12,r7
#ifdef START_FROM_FLASH
/* Init ECC RAM */
ldr r1, =__RAM_START
ldr r2, =__RAM_END
subs r2, r1
subs r2, #1
ble .LC5
movs r0, 0
movs r3, #4
.LC4:
str r0, [r1]
add r1, r1, r3
subs r2, 4
bge .LC4
.LC5:
#endif
/* Initialize the stack pointer */
ldr r0,=__StackTop
mov r13,r0
#ifndef __NO_SYSTEM_INIT
/* Call the system init routine */
ldr r0,=SystemInit
blx r0
#endif
/* Init .data and .bss sections */
ldr r0,=init_data_bss
blx r0
cpsie i /* Unmask interrupts */
bl main这里注释已经写的很清晰了，依次完成了r0到r13的内核系统寄存器初始化，然后是调用了一个叫SystemInit的函数进行系统初始化，最后会跳转到大家再熟悉不过的main函数。也就是说，你可以使他跳转到任意一个函数，并不一定非要从main开始。SystemInit函数的代码基本上都是对芯片system和看门狗寄存器的操作，大致看下函数的注释内容：
/*FUNCTION**********************************************************************
*
* Function Name : SystemInit
* Description : This function disables the watchdog, enables FPU
* and the power mode protection if the corresponding feature macro
* is enabled. SystemInit is called from startup_device file.
*
* Implements : SystemInit_Activity
*END**************************************************************************/写的很明白，这个函数是被startup调用的，完成的功能有去看门狗，是能浮点运算单元等。
那么还有一个问题，这个Startup.s是如何被执行的呢？这个问题我的理解是，.s文件是MCU在上电或reset时均必定会执行的一段引导程序，类似于我们电脑中启动时候的BIOS，目的是完成环境的初始化工作，当然也不一定只有.s这一种方式去完成（类似于我上面讲到的BootROM->Boot->APP这个过程）。
了解这些基本知识后，正式开始os任务的创建。
我对于FreeRTOS任务的创建架构是这样的：
首先从main函数开始，完成必要的初始化后进行systick的配置，需要注意的是我这里并不是使用的外设timer而是内核的timer，入参ticks前面已经讲过了，使用48000。
uint16_t SysTick_Config(unsigned int ticks)
{
SysTick->LOAD = (uint32_t)(ticks - 1UL); /* set reload register */
SCB->SHP[(((uint32_t)-1) & 0xFUL)-4UL] = (uint8_t)((((1UL << 4) - 1UL) << (8U - 4)) & (uint32_t)0xFFUL);
SysTick->VAL = 0UL; /* Load the SysTick Counter Value */
SysTick->CTRL = (1<<2) |
(1<<1) |
(1<<0); /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
return (0UL); /* Function successful */
}
创建一个队列和一个任务：
/* Create the queue. */
xQueue = xQueueCreate( mainQUEUE_LENGTH, sizeof(uint8_t) );
/* create task, name app */
xTaskCreate((TaskFunction_t )Os_InitTsk,
(const char* )"Os_InitTsk",
(uint16_t )Os_InitTsk_StckSize,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )u_OsShell_InitTsk_Prio,
(TaskHandle_t* )&os_InitTask_Handle);然后在Os_InitTsk函数中创建callback函数挂载user想要初始化的任务，同时创建runnable任务：
static void Os_InitTsk(void)
{
BaseType_t xReturn = pdPASS;
Os_InitTsk_Callback();
taskENTER_CRITICAL();
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )Os_1msTsk,
(const char* )"Os_1msTsk",
(uint16_t )Os_1ms_StckSize,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )Os_1ms_Prio,
(TaskHandle_t* )&os_1msTask_Handle);
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )Os_10msTsk,
(const char* )"Os_10msTsk",
(uint16_t )Os_10ms_StckSize,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )Os_10ms_Prio,
(TaskHandle_t* )&os_10msTask_Handle);
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )Os_100msTsk,
(const char* )"Os_100msTsk",
(uint16_t )Os_100ms_StckSize,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )Os_100ms_Prio,
(TaskHandle_t* )&os_100msTask_Handle);
vTaskDelete(os_InitTask_Handle);
taskEXIT_CRITICAL();
}需要特别注意的是，前后要加上锁中断，然后在任务创建完成之后要加上一行vTaskDelete(os_InitTask_Handle);表示init_task再也不会被运行，只会执行一次。还有就是周期短的任务优先级要高于周期长的，初始化任务优先级最高。（优先级越高数字越大）
最后在Os_InitTsk函数完全执行出来之后，使能调度：vTaskStartScheduler();
至此，集成工作已经全部完成，开始调试：
我在每个callback里加了个counter，执行一次counter++。跑个10s左右，暂停，看到100ms任务大约跑了100次，并且每个ms任务的counter与任务周期倍数关系一致，至此，任务创建集成完毕，我的代码后续会上传上来。
还有一个问题就是这个S32DS里的FreeRTOS包中xTaskCreateStatic函数是可以创建自由分配stack大小的任务，而我现在使用的xTaskCreate函数这部分工作是自动分配的，后续会试试另一种。