FreeRTOS移植
目录
- 一、FreeRTOS简介
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- 1.1 初识FreeRTOS
- 1.2 FreeRTOS资料获取
- 1.3 开发环境简介
- 二、FreeRTOS移植
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- 2.1 文件添加
- 2.2 keil工程添加
- 2.3 文件修改
- 三、补充
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- 3.1 修改SYSTEM文件
- 3.2 添加应用程序
一、FreeRTOS简介
1.1 初识FreeRTOS
首先看一下 FreeRTOS 的名字，可以分为两部分：“Free”和“RTOS”，“Free”就是免费的、自由的、不受约束的意思，“RTOS”全称是 Real Time Operating System，中文名就是实时操作系统，要注意的是，RTOS 并不是值某一特定的操作系统，而是指一类操作系统，例如，µC/OS，FreeRTOS，RTX，RT-Thread 等这些都是 RTOS 类的操作系统。因此，从 FreeRTOS 的名字中就能看出，FreeROTS 是一款免费的实时操作系统。
操作系统是允许多个任务“同时运行”的，操作系统的这个特性被称为多任务。然而实际上，一个 CPU 核心在某一时刻只能运行一个任务，而操作系统中任务调度器的责任就是决定在某一时刻 CPU 究竟要运行哪一个任务，任务调度器使得 CPU 在各个任务之间来回切换并处理任务，由于切换处理任务的速度非常快，因此就给人造成了一种同一时刻有多个任务同时运行的错觉。
FreeRTOS 操作系统是一个功能强大的 RTOS 操作系统，并且能够根据需求进行功能裁剪，以满足各种环境的要求，FreeRTOS 的特点如下图所示：
1.2 FreeRTOS资料获取
磨刀不误砍柴工，学习一个东西第一个会的是找资料，找资料最好的就是官网：https://www.freertos.org/。
上面有内核的学习，这边我们先下载，其中LTS版本没有库例程。下载解压后得到的文件，各子文件和子文件的的描述如下表所示：
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| FreeRTOS | FreeRTOS 内核 |
| FreeRTOS-Plus | FreeRTOS 组件 |
| tools | 工具 |
| GitHub-FreeRTOS-Home | FreeRTOS 的 GitHub 仓库链接 |
| Quick_Start_Guide | 快速入门指南官方文档链接 |
| Upgrading-to-FreeRTOS-xxx | 升级到指定 FreeRTOS 版本官方文档链接 |
| History.txt | FreeRTOS 历史更新记录 |
打开FreeRTOS 子文件夹，就能够看到 FreeRTOS 内核的文件
- Demo文件夹：里面就是 FreeRTOS 的演示工程
- License 文件夹：中包含了 FreeRTOS 的相关许可信息，如果是要使用 FreeRTOS 做产品的话，就得仔细地看看这个文件夹中的内容。
- Source 文件夹：这个文件夹中的内容就是 FreeRTOS 的源代码了。Source 文件夹中各文件和文件夹的描述如下表所示：
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| include | 内包含了 FreeRTOS 的头文件 |
| portable | 内包含了 FreeRTOS 的移植文件 |
| croutine.c | 协程相关文件 |
| event_groups.c | 事件相关文件 |
| list.c | 列表相关文件 |
| queue.c | 队列相关文件 |
| stream_buffer.c | 流式缓冲区相关文件 |
| tasks.c | 任务相关文件 |
| timers.c | 软件定时器相关文件 |
1.3 开发环境简介
本文以STM32F407标准库为例，讲解如何移植FreeRTOS，编译环境为MDK。首先需要准备一个标准库例程，本文使用的是正点原子点灯实验 0.0 。然后准备好FreeRTOS内核源码就行，本文使用的版本是FreeRTOSv9.0.0，可以直接从附件下载
MDK使用见以下链接：
https://blog.csdn.net/weixin_44567668/article/details/134191384
二、FreeRTOS移植
2.1 文件添加
直接将FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Source整个文件夹复制到工程根目录下，并将其改名为FreeRTOS
此时还缺少FreeRTOSConfig.h配置文件，此文件一般在Demo里，我们这边将FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Demo\CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK目录下的FreeRTOSConfig.h，复制到我们工程目录FreeRTOS\下include文件夹里
2.2 keil工程添加
打开基础工程，新建分组FreeRTOS_CORE和FreeRTOS_PORT,然后向这两个分组中添加文件，如图所示：
FreeRTOS_CORE里的很容易找到。port.c在FreeRTOS\portable\RVDS\ARM_CM4F文件夹里，heap_4.c在FreeRTOS\portable\MemMang文件夹里。其中MemMang是FreeRTOS 提供的内存管理算法，里面有5个文件，这边选择heap_4.c
然后将相应头文件添加进来，路径如下图所示
2.3 文件修改
- 修改条件编译
首先编译一下，此时会有报错是因为FreeRTOSConfig.h使用SystemCoreClock来标记MCU频率，但此时条件编译只有__ICCARM__
找到并打开FreeRTOSConfig.h（编译后才能找到.h文件），将上面那部分用下面代码替换
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include - 中断文件修改
此时在编译发现还是有错，分别是SysTick 中断、SVC 中断、PendSV 中断报错，这是因为 FreeRTOS里的port.c文件里已经实现同样功能的函数
我们找到stm32f4xx_it.c中断文件，先将SVC_Handler、PendSV_Handler屏蔽掉
继续往下找，找到SysTick_Handler，SysTick就是FreeRTOS的一个心跳时钟，FreeRTOS 帮我们实现了 SysTick 的启动的配置：在 port.c 文件中已经实现 vPortSetupTimerInterrupt()函数，并且 FreeRTOS 通用的 SysTick 中断服务函数也实现了：在 port.c 文件中已经实现 xPortSysTickHandler()函数，所以移植的时候只需要我们在 stm32f10x_it.c 文件中实现我们对应（STM32）平台上的 SysTick_Handler()函数即可。按照以下修改：
/**
* @brief This function handles SysTick Handler.
* @param None
* @retval None
*/
extern void xPortSysTickHandler(void);
//systick中断服务函数
void SysTick_Handler(void)
{
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 )
if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)
{
#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
xPortSysTickHandler();
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 )
}
#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
}
最后到FreeRTOSConfig.h，最下面找到 #define xPortSysTickHandler SysTick_Handler将其注释掉，这样就解决了3个重复定义的报错
- 钩子函数修改
修改好之后继续编译，发现以下与Hook有关的报错，这是因为FreeRTOS定义了，但是没用到
我们找到FreeRTOSConfig.h将上面4个定义为0
此时再编译发现没有错误了
三、补充
其实上面以及移植结束，但是我们使用的是正点原子的工程，里面有个SYSTEM文件夹，一共需要修改四个文件分别是 sys.h、usart.c、delay.c、delay.h。如果不是正点原子的例程，没有SYSTEM文件夹，忽略以下操作
3.1 修改SYSTEM文件
- sys.h文件
将宏 SYS_SUPPORT_OS 定义为1，表示支持操作系统
- usart.c文件
默认是添加UCOS的includes.h，将其修改成#include “FreeRTOS.h”
然后将USART1_IRQHandler里的OSIntEnter()和OSIntExit()屏蔽掉，这两个是UCOS需要的函数，FreeRTOS不需要
- delay.c文件
delay.c文件需要修改的部分比较多，首先删除UCOS相关函数，然后修改delay_init()函数的时钟分频，将原来的AHB/8改成AHB时钟，如下：
#include "delay.h"
#include "sys.h"
//
//如果使用OS,则包括下面的头文件即可
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "FreeRTOS.h" //FreeRTOS使用
#include "task.h"
#endif
static u8 fac_us=0; //us延时倍乘数
static u16 fac_ms=0; //ms延时倍乘数,在os下,代表每个节拍的ms数
//初始化延迟函数
//SYSTICK的时钟固定为AHB时钟，基础例程里面SYSTICK时钟频率为AHB/8
//这里为了兼容FreeRTOS，所以将SYSTICK的时钟频率改为AHB的频率！
//SYSCLK:系统时钟频率
void delay_init(u8 SYSCLK)
{
u32 reload;
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);
fac_us=SYSCLK; //不论是否使用OS,fac_us都需要使用
reload=SYSCLK; //每秒钟的计数次数 单位为M
reload*=1000000/configTICK_RATE_HZ; //根据configTICK_RATE_HZ设定溢出时间
//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在168M下,约合0.0998s左右
fac_ms=1000/configTICK_RATE_HZ; //代表OS可以延时的最少单位
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;//开启SYSTICK中断
SysTick->LOAD=reload; //每1/configTICK_RATE_HZ断一次
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
}
//延时nus
//nus:要延时的us数.
//nus:0~204522252(最大值即2^32/fac_us@fac_us=168)
void delay_us(u32 nus)
{
u32 ticks;
u32 told,tnow,tcnt=0;
u32 reload=SysTick->LOAD; //LOAD的值
ticks=nus*fac_us; //需要的节拍数
told=SysTick->VAL; //刚进入时的计数器值
while(1)
{
tnow=SysTick->VAL;
if(tnow!=told)
{
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.
else tcnt+=reload-tnow+told;
told=tnow;
if(tcnt>=ticks)break; //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
}
};
}
//延时nms
//nms:要延时的ms数
//nms:0~65535
void delay_ms(u32 nms)
{
if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
{
if(nms>=fac_ms) //延时的时间大于OS的最少时间周期
{
vTaskDelay(nms/fac_ms); //FreeRTOS延时
}
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
}
delay_us((u32)(nms*1000)); //普通方式延时
}
//延时nms,不会引起任务调度
//nms:要延时的ms数
void delay_xms(u32 nms)
{
u32 i;
for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
}
- delay.h文件
将外部申明改成以下：
void delay_init(u8 SYSCLK);
void delay_us(u32 nus);
void delay_ms(u32 nms);
void delay_xms(u32 nms);
3.2 添加应用程序
主要对main.c文件修改，加了一些FreeRTOS任务函数
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
//任务优先级
#define START_TASK_PRIO 1
//任务堆栈大小
#define START_STK_SIZE 128
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);
//任务优先级
#define LED0_TASK_PRIO 2
//任务堆栈大小
#define LED0_STK_SIZE 50
//任务句柄
TaskHandle_t LED0Task_Handler;
//任务函数
void led0_task(void *pvParameters);
//任务优先级
#define LED1_TASK_PRIO 3
//任务堆栈大小
#define LED1_STK_SIZE 50
//任务句柄
TaskHandle_t LED1Task_Handler;
//任务函数
void led1_task(void *pvParameters);
//任务优先级
#define FLOAT_TASK_PRIO 4
//任务堆栈大小
#define FLOAT_STK_SIZE 128
//任务句柄
TaskHandle_t FLOATTask_Handler;
//任务函数
void float_task(void *pvParameters);
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口
LED_Init(); //初始化LED端口
//创建开始任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task, //任务函数
(const char* )"start_task", //任务名称
(uint16_t )START_STK_SIZE, //任务堆栈大小
(void* )NULL, //传递给任务函数的参数
(UBaseType_t )START_TASK_PRIO, //任务优先级
(TaskHandle_t* )&StartTask_Handler); //任务句柄
vTaskStartScheduler(); //开启任务调度
}
//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
//创建LED0任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )led0_task,
(const char* )"led0_task",
(uint16_t )LED0_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )LED0_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&LED0Task_Handler);
//创建LED1任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )led1_task,
(const char* )"led1_task",
(uint16_t )LED1_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )LED1_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&LED1Task_Handler);
//浮点测试任务
xTaskCreate((TaskFunction_t )float_task,
(const char* )"float_task",
(uint16_t )FLOAT_STK_SIZE,
(void* )NULL,
(UBaseType_t )FLOAT_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t* )&FLOATTask_Handler);
vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}
//LED0任务函数
void led0_task(void *pvParameters)
{
while(1)
{
LED0=~LED0;
vTaskDelay(500);
}
}
//LED1任务函数
void led1_task(void *pvParameters)
{
while(1)
{
LED1=0;
vTaskDelay(200);
LED1=1;
vTaskDelay(800);
}
}
//浮点测试任务
void float_task(void *pvParameters)
{
static float float_num=0.00;
while(1)
{
float_num+=0.01f;
printf("float_num的值为: %.4f\r\n",float_num);
vTaskDelay(1000);
}
}
此时移植全部结束，可以编译下载验证。如果还有其他报错，可以自行修改