代码收藏家技术教程 2024-03-26

详细教程：STM32移植FreeRTOS的经验分享

0、RTOS概述

RTOS（Real Time OS）即实时操作系统，根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中，每个任务均有一个优先级（类似前面章节的中断抢占优先级），RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。

RTOS总是运行优先级最高且就绪的任务。

实时多任务操作系统，以分时方式运行多个任务，任务之间的切换以优先级为根据。只有优先服务方式的RTOS才是真正的实时操作系统。

使用实时操作系统还需要额外的ROM/RAM开销，2～5%的CPU额外负荷，以及内核的费用。

使用实时操作系统的必要性：

嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性

提高了开发效率，缩短了开发周期。例如官方甚至提高网络协议栈、文件系统、图形界面（ucGUI、emWin、QT….）的支持。

嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力（提高吞吐量，就是一个负载均衡）。

当前RTOS已经广泛应用于各种嵌入式设备中，如智能可穿戴设备、智能家居设备等。且RTOS已成为嵌入式、物联网开发者的基础必备技能。对于应届生而言，掌握RTOS是求职应聘、参与产品项目开发的一个优势加分项。

如下所示为当前求职招聘的一些基本要求。

市场上有各色各样的RTOS实时操作系统（UCOS、RT-Thread、FreeRTOS），FreeRTOS 最大的优势就是开源免费，商业使用的话不需要用户公开源代码，也不存在任何版权问题，是当前小型嵌入式操作系统市场使用率最高的。故本文教程选用了FreeRTOS。

1、下载FreeRTOS

FreeRTOS官网链接如下：FreeRTOS – Market leading RTOS (Real Time Operating System) for embedded systems with Internet of Things extensions

在本文档编写时，FreeRTOS最新版本为FreeRTOS 202212.01，因此本文基于此版本进行移植教程，即使后续版本更新，FreeRTOS的整体文件结构不会发生大改变，依然可以采用本文档进行指导移植操作。选择比此版本的更旧的版本移植操作也同本文大致保持一致。

下载源码后，解压打开FreeRTOS源码文件目录结构如下图所示：

2、FreeRTOS移植

FreeRTOS文件夹下，有 Demo和Source文件夹是移植过程中需要使用的，FreeRTOS文件夹下面的其它文件夹及文件可忽略。

RTOS代码的核心包含在三个文件中：tasks.c、queue.c、list.c。这三个文件位于FreeRTOS/Source目录。在该目录下还包含三个可选的文件:timers.c、event_groups.c、croutine.c、stream buffer.c，分别实现软件定时、事件组、协程功能和流式缓冲区。

FreeRTOS官方移植参考说明：Microcontrollers and compiler tool chains supported by FreeRTOS

移植步骤：

①、在KEIL工程主目录下创建FreeRTOS文件夹，然后在FreeRTOS中依次创建include、port、src文件夹，如下图所示。

②、进入下载的FreeRTOSv202212.01源码文件中，将FreeRTOSv202212.01\FreeRTOS\Source\include 的文件拷贝到KEIL工程的FreeRTOS/include中

③、进入FreeRTOSv202212.01\FreeRTOS\Source 目录，将 croutine.c、event groups.c、list.c、 queue.c、stream buffer.c、tasks.c、timers.c拷贝到KEIL工程的 FreeRTOS/src 路径。

④、进入 FreeRTOSv202212.01\FreeRTOS\Source\portable 目录，拷贝MemMang文件到KEIL工程中的FreeRTOS/port路径下。

⑤、进入FreeRTOSv202212.01\FreeRTOS\Demo中，选择对应芯片的Demo例程，然后拷贝FreeRTOSConfig.h文件到 FreeRTOS/include 路径中。

本例程选择了STM32F407系列芯片进行移植，其它芯片的移植操作和本例程操作类似。

⑥进入FreeRTOSv202212.01\FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM4F，拷贝port.c和portmacro.h到 FreeRTOS/port 路径下。

⑦、将FreeRTOS代码添加到KEIL裸机工程设备树中。

heap_x.c内存分配文件根据需要，只能加入一个！

⑧、打开FreeRTOSConfig.h文件，因MDK默认使用armcc编译器，需在FreeRTOSConfig.h文件中添加defined(_CC_ARM)，避免源码找不到SystemCoreClock，详细添加如下：

/* Ensure stdint is only used by the compiler, and not the assembler. */
#if defined(__ICCARM__)||defined(__CC_ARM)||defined(__GNU__)
	#include <stdint.h>
	extern uint32_t SystemCoreClock;//系统时钟值168000000，在system_stm32f4xx.c中定义
#endif

3、编译运行FreeRTOS

测试FreeRTOS源代码

#include "stm32f4xx.h"
#include "FreeRTOS/FreeRTOS.h"
#include "FreeRTOS/task.h"
#include <stdio.h>
#include "usart.h"

TaskHandle_t app_task1_handle = NULL;
TaskHandle_t app_task2_handle = NULL;
void app_task1(void* pvParameters);
void app_task2(void* pvParameters);

int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );
	//SysTick_Config(SystemCoreClock/configTICK_RATE_HZ);	//开启导致硬件错误中断
	USART1_Init(115200);
	printf("starting...\r\n");
	/* 创建app_task1任务 */
	xTaskCreate((TaskFunction_t )app_task1,  		/* 任务入口函数 */
			  (const char*    )"app_task1",			/* 任务名字 */
			  (uint16_t       )512,  				/* 任务栈大小 */
			  (void*          )NULL,				/* 任务入口函数参数 */
			  (UBaseType_t    )2, 					/* 任务的优先级 */
			  (TaskHandle_t*  )&app_task1_handle);	/* 任务控制块指针 */ 
	
	/* 创建app_task2任务 */		  
	xTaskCreate((TaskFunction_t )app_task2,  		/* 任务入口函数 */
			  (const char*    )"app_task2",			/* 任务名字 */
			  (uint16_t       )512,  				/* 任务栈大小 */
			  (void*          )NULL,				/* 任务入口函数参数 */
			  (UBaseType_t    )2, 					/* 任务的优先级 */
			  (TaskHandle_t*  )&app_task2_handle);	/* 任务控制块指针 */ 
	/* 开启任务调度 */
	vTaskStartScheduler(); 
}

void app_task1(void* pvParameters)
{
	int cnt = 0;
	for(;;)
	{
		printf("app_task1 is running %d...\r\n", cnt);
		vTaskDelay(1000);
		cnt++;
	}
}

void app_task2(void* pvParameters)
{
	int cnt = 0;
	for(;;)
	{
		printf("app_task2 is running %d...\r\n", cnt);
		vTaskDelay(1000);
		cnt++;
	}
}

工程代码编译结果