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《韦东山 FreeRTOS 系列教程：探索 FreeRTOS 的第一章》

文章目录

  • 教程目录
  • 1.1 FreeRTOS目录结构
  • 1.1 FreeRTOS目录结构
  • 1.2 核心文件
  • 1.3 移植时涉及的文件
  • 1.4 头文件相关
  • 1.4.1 头文件目录
  • 1.4.2 头文件
  • 1.5 内存管理
  • 1.6 Demo
  • 1.7 数据类型和编程规范
  • 1.7.1 数据类型
  • 1.7.2 变量名
  • 1.7.3 函数名
  • 1.7.4 宏的名
  • 1.8 安装Keil
  • 1.8.1 下载Keil
  • 1.8.2 安装Keil
  • 1.8.3 安装Pack
  • 1.9 使用模拟器运行第1个程序
  • 1.10 使用逻辑分析仪

    • 需要获取更好阅读体验的同学，请访问我专门设立的站点查看，地址：http://rtos.100ask.net/

    教程目录

    本教程连载中，篇章会比较多，为方便同学们阅读，点击这里可以查看文章的 目录列表，目录列表页面地址：https://blog.csdn.net/thisway_diy/article/details/121399484

    1.1 FreeRTOS目录结构

    以Keil工具下STM32F103芯片为例，它的FreeRTOS的目录如下:

    1.1 FreeRTOS目录结构

    以Keil工具下STM32F103芯片为例，它的FreeRTOS的目录如下:

    主要涉及2个目录：

  • Demo
  • Demo目录下是工程文件，以"芯片和编译器"组合成一个名字
  • 比如：CORTEX_STM32F103_Keil
  • Source
  • 根目录下是核心文件，这些文件是通用的
  • portable目录下是移植时需要实现的文件
  • 目录名为：[compiler]/[architecture]
  • 比如：RVDS/ARM_CM3，这表示cortexM3架构在RVDS工具上的移植文件

    • 1.2 核心文件

    FreeRTOS的最核心文件只有2个：

  • FreeRTOS/Source/tasks.c
  • FreeRTOS/Source/list.c

    • 其他文件的作用也一起列表如下：

    FreeRTOS/Source/下的文件 作用
    tasks.c 必需，任务操作
    list.c 必须，列表
    queue.c 基本必需，提供队列操作、信号量(semaphore)操作
    timer.c 可选，software timer
    event_groups.c 可选，提供event group功能
    croutine.c 可选，过时了

    1.3 移植时涉及的文件

    移植FreeRTOS时涉及的文件放在FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]目录下，

    比如：RVDS/ARM_CM3，这表示cortexM3架构在RVDS或Keil工具上的移植文件。

    里面有2个文件：

  • port.c
  • portmacro.h

    • 1.4 头文件相关

    1.4.1 头文件目录

    FreeRTOS需要3个头文件目录：

  • FreeRTOS本身的头文件：FreeRTOS/Source/include
  • 移植时用到的头文件：FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture]
  • 含有配置文件FreeRTOSConfig.h的目录

    • 1.4.2 头文件

    列表如下：

    头文件 作用
    FreeRTOSConfig.h FreeRTOS的配置文件，比如选择调度算法：configUSE_PREEMPTION
    每个demo都必定含有FreeRTOSConfig.h
    建议去修改demo中的FreeRTOSConfig.h，而不是从头写一个
    FreeRTOS.h 使用FreeRTOS API函数时，必须包含此文件。
    在FreeRTOS.h之后，再去包含其他头文件，比如：
    task.h、queue.h、semphr.h、event_group.h

    1.5 内存管理

    文件在FreeRTOS/Source/portable/MemMang下，它也是放在portable目录下，表示你可以提供自己的函数。

    源码中默认提供了5个文件，对应内存管理的5种方法。

    参考文章：FreeRTOS说明书吐血整理【适合新手+入门】

    后续章节会详细讲解。

    文件 优点 缺点
    heap_1.c 分配简单，时间确定 只分配、不回收
    heap_2.c 动态分配、最佳匹配 碎片、时间不定
    heap_3.c 调用标准库函数 速度慢、时间不定
    heap_4.c 相邻空闲内存可合并 可解决碎片问题、时间不定
    heap_5.c 在heap_4基础上支持分隔的内存块 可解决碎片问题、时间不定

    1.6 Demo

    Demo目录下是预先配置好的、没有编译错误的工程。目的是让你可以基于它进行修改，以适配你的单板。

    这些Demo还可以继续精简：

  • Demo/Common中的文件可以完全删除
  • main函数中只需要保留2个函数：
  • prvSetupHardware()
  • vTaskStartScheduler()
  • 如下图所示

    • 1.7 数据类型和编程规范

    1.7.1 数据类型

    每个移植的版本都含有自己的portmacro.h头文件，里面定义了2个数据类型：

  • TickType_t：
  • FreeRTOS配置了一个周期性的时钟中断：Tick Interrupt
  • 每发生一次中断，中断次数累加，这被称为tick count
  • tick count这个变量的类型就是TickType_t
  • TickType_t可以是16位的，也可以是32位的
  • FreeRTOSConfig.h中定义configUSE_16_BIT_TICKS时，TickType_t就是uint16_t
  • 否则TickType_t就是uint32_t
  • 对于32位架构，建议把TickType_t配置为uint32_t
  • BaseType_t：
  • 这是该架构最高效的数据类型
  • 32位架构中，它就是uint32_t
  • 16位架构中，它就是uint16_t
  • 8位架构中，它就是uint8_t
  • BaseType_t通常用作简单的返回值的类型，还有逻辑值，比如pdTRUE/pdFALSE

    • 1.7.2 变量名

    变量名有前缀：

    变量名前缀 含义
    c char
    s int16_t，short
    l int32_t，long
    x BaseType_t，
    其他非标准的类型：结构体、task handle、queue handle等
    u unsigned
    p 指针
    uc uint8_t，unsigned char
    pc char指针

    1.7.3 函数名

    函数名的前缀有2部分：返回值类型、在哪个文件定义。

    函数名前缀 含义
    vTaskPrioritySet 返回值类型：void
    在task.c中定义
    xQueueReceive 返回值类型：BaseType_t
    在queue.c中定义
    pvTimerGetTimerID 返回值类型：pointer to void
    在tmer.c中定义

    1.7.4 宏的名

    宏的名字是大小，可以添加小写的前缀。前缀是用来表示：宏在哪个文件中定义。

    宏的前缀 含义：在哪个文件里定义
    port (比如portMAX_DELAY) portable.h或portmacro.h
    task (比如taskENTER_CRITICAL()) task.h
    pd (比如pdTRUE) projdefs.h
    config (比如configUSE_PREEMPTION) FreeRTOSConfig.h
    err (比如errQUEUE_FULL) projdefs.h

    通用的宏定义如下：

    宏 值
    pdTRUE 1
    pdFALSE 0
    pdPASS 1
    pdFAIL 0

    1.8 安装Keil

    本教程的所有程序，都是使用Keil开发，运行在Keil的模拟器上。

    1.8.1 下载Keil

    Keil-MDK（Keil ARM Microcontroller Development Kit）前生是德国Keil公司，后被ARM收购，是ARM官方的集成开发环境。

    打开Keil官网（https://www.keil.com/download/product/），点击“MDK-Arm”进行下载。

    随后进入个人信息完善页面，按提示填写所有的信息，如下图所示，填写完后，点击“Submit”提交。

    随后进入下载页面，点击“MDK532.EXE”即可下载。

    1.8.2 安装Keil

    下载完后，点击运行该文件，进入安装界面，选择“Next >>”。

    接着进入用户协议界面，勾选同意协议，点击“Next >>”。

    然后设置安装路径，如下图所示：

  • 第一个“Core”是软件的安装路径，

  • 第二个“Pack”是芯片的硬件支持包的安装路径，

    • 保持默认路径或者设置为如下图所示一样的即可。

    如果是自定义设置，建议为全英文路径，不建议为包含有中文的路径。

    选择好之后点击“Next >>”。

    随后需要设置个人信息，随便填写即可，如下图所示。


    之后便进入安装进度界面，等待安装完成。

    安装过程中，回弹出驱动安装界面，勾选“始终信任来自‘ARM Ltd’的软件”，然后点击“安装”，如下图。


    之后会自动进入“Pack Installer”界面，这里会检查安装的编译器、CMSIS等是否是最新的，由于我们安装的是官网提供的最新的MDK，所以这里一般情况下都是不需要更新的。

    1.8.3 安装Pack

    一个Keil的开发环境，除了Keil软件，还需要安装对应的Pack。

    比如这里目标机的MCU是STM32F103ZET6，就需要下载该系列的的Pack，如果是STM32F4系列，就需要下其它系列Pack。

    使用“Pack Installer”可以方便的对Pack安装和管理。

    在左上角搜索框输入“STM32F103”，展开搜索结果，可以看到STM32F103ZE，点击右边的简介链接即可跳转到Pack下载页面。


    下载完成得到“Keil.STM32F1xx_DFP.2.3.0.pack”。

    直接双击该文件，随后弹出如下图所示界面，点击“Next”进行安装。

    至此，Keil和Pack就安装完成了。

    1.9 使用模拟器运行第1个程序

    先获取配套示例代码。

    双击"FreeRTOS_01_create_task\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\RTOSDemo.uvprojx"打开第一个示例。

    打开之后，首先要编译工程，才能使用模拟器运行，点击"Build"图标进行编译，如下图所示：

    编译完成后，点击"Debug"按钮进行仿真，如下图所示：

    第一个程序里面创建了两个任务，两个任务一直打印各自的信息。

    这里需要打开串口显示模拟窗口，显示任务的打印内容。

    点击左上角菜单的“View”，然后选择“Serial Windows”，点击“UART #1”，如下图所示：

    最后，点击“Run”运行程序，右下角串口显示窗口将打印两个任务的信息。

    如果想退出模拟器仿真，再次"Debug"按钮退出，如下图所示：

    1.10 使用逻辑分析仪

    本课程的程序有两种输出方式：

  • 串口：查看打印信息
  • 逻辑分析仪：观察全局变量的波形，根据波形解析任务调度情况

    • 下面举例说明逻辑分析仪的用法。

    双击"FreeRTOS_06_taskdelay\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\RTOSDemo.uvprojx"打开该示例。

    打开之后，首先要编译工程，点击"Build"图标进行编译。

    编译完成后，点击"Debug"按钮进行仿真。

    本实例使用模拟器的逻辑分析仪观察现象。

    首先在“main.c”的主函数加入断点，在代码行前的灰色处，点击一下就会有一个红色小点，就是设置的“断点”。

    然后点击“Run”运行，程序运行到断点位置，就会停下来等待下一步操作：

  • 在代码中找到全局变量flag

  • 鼠标选中flag，然后点击鼠标右键，在弹出的菜单里选择"Add ‘flag’ to…"，选择“Analyzer”，

    如下图所示：

    此时在代码框上面，就会出现逻辑分析仪“Logic Analyzer”显示窗口，里面分析的就是变量flag。

    • 点击这个flag，然后右键，选择“Bit”，以便观察，如下图所示：

    再点击一下“Run”，继续运行，此时逻辑分析仪窗口显示变量flag的bit值变化，如下图所示：

    在逻辑分析仪窗口，可以使用鼠标滚轮放大、缩小波形。

    需要获取更好阅读体验的同学，请访问我专门设立的站点查看，地址：http://rtos.100ask.net/

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