代码收藏家 实现STM32与FreeRTOS操作系统的无缝移植”
一、FreeRTOS源码下载
（1）移植钱得准备前菜对吧，我们先来去官网瞄一瞄
网址：https://freertos.org/zh-cn-cmn-s/
第一步：点击下载FreeRTOS
第二步：选择版本下载（我选择稳定版本）
注：我们下载的稳定版本不包含DEMO例程，可以自己下载上面的那个最新版本，有官方移植好的DEMO，那么最新版本下载过程如下图：
但是，这时候下载完成的压缩波其实并不包含FreeRTOS的子模块。所以，在该页面向下翻找。
第三步：回到我们下载稳定版本的路上，选择GitHub,复制网址可
到这里前菜算是准备完毕了。
二、添加内核文件
第一步：准备一个STM32工程，这里工程越简洁越好（可以参考之前写的创建工程理论与实践偏：
https://blog.csdn.net/qq_38295600/article/details/129372829
https://blog.csdn.net/qq_38295600/article/details/129372829）
第二步：准备好工程后，创建一个FreeRTOS文件夹
第三步：打开刚才下载好的稳定版本文件，路径：FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel将里面内容复制出来
第四步：将内容粘贴到工程中得FreeRTOS文件中
为了简洁好看，我们在创建个source文件夹把这些.c文件放到这里面
外部这些文件有删除或者留着看自己
现在FreeRTOS源码被我们分成了三个目录，分别是①include目录；②portable目录；③source目录
这里 分析一下 FreeRTOS源码结构，①和③包含的是FreeRTOS核心功能源文件及头文件 .c和.h，这两部分的文件试用于各种编译器和处理器，是通用的，基本不需要修改，②为需要移植修改的目录，这与编译器和所使用的CPU有关，属于RTOS硬件接口层。
我们知道 FreeRTOS 是个系统，归根结底就是个纯软件的东西，它是怎么和硬件
联系在一起的呢？软件到硬件中间必须有一个桥梁，portable 文件夹里面的东西就是 FreeRTOS
系统和具体的硬件之间的连接桥梁！不同的编译环境，不同的 MCU，其桥梁应该是不同的，打
开 portable 文件夹，我们现在用的MDK，所以我们只需要
最终保留如下这三个文件
第五步：文件添加到工程
注：MemMang 是跟内存管理相关的，里面有 5 个 c 文件：heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c 和 heap_5.c。
这 5 个 c 文件是五种不同的内存管理方法，就像从北京到上海你可以坐火车、坐飞机，如果心情好的话也可以走路，反正有很多种方法，只要能到上海就行。这里也一样的，这 5 个文件都可以用来作为FreeRTOS 的内存管理文件，只是它们的实现原理不同，各有利弊。这里我们选择 heap_4.c，具体可以看看原子的讲解内存视频。
然后由于我用的是stm32f1内核是M3,所以选择如下
第六步：编译工程
直接编译（出现9个错误）这是因为缺少 FreeRTOSConfig.h 文件
FreeRTOS的裁剪主要依靠FreeRTOSConfig.h中的宏定义去完成，需要什么功能就打开对应的宏就可以了。
现在我们需要一个FreeRTOSConfig.h文件。但在源码FreeRTOS-Kernel目录下没有提供config文件。
那么哪里找呢？
我们打开最开始下载好的FreeRTOS文件（最开始下载我们下载了三个文件）
打开第一个FreeRTOS->路径：FreeRTOS\FreeRTOS\Demo
在demo目录下找到对应内核目录下的demo(可能是其它MCU，不要紧)拷贝一个FreeRTOSConfig.h文件到本地source\FreeRTOS\include目录内
重新编译没有错
三、修改工程
虽然没有错误了，但是我们的移植没有完成，还有一些小步骤需要完成，的确有些繁琐，好在逻辑性还是比较强的，理解起来相对容易。
第一步：
在FreeRTOSConfig.h中添加#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
在FreeRTOSConfig.h中添加#define vPortSVCHandler SVC_Handler
编译，还是报错，重复定义
第二步：处理错误： 进入对应的文件stm32f1xx_it.c屏蔽重复的3个函数
把SysTick_Handler也屏蔽起来是因为，等下我们要建立一个Bsp_SysTick.c，到时候这个中断函数也会放在这里面，所以我在这里也给他屏蔽了
重新编译
到这里，算移植成功了！！！，后面还需要做配置操作
四、滴答时钟配置
SysTick中断服务函数是一个非常重要的函数，FreeRTOS所有跟时间相关的事情都在里面处理，SysTick就是FreeRTOS的一个心跳时钟，驱动着FreeRTOS的运行，如果FreeRTOS没有了心跳，那么它就会卡死在某个地方，不能进行任务调度，不能运行任何的东西，因此我们需要实现一个FreeRTOS的心跳时钟
所以我们创建一个
BSP_SysTick.h 和一个BSP_SysTick.c
.c直接上代码块：
#include "BSP_SysTick.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
static u8 fac_us=0;//us延时倍乘数
static u16 fac_ms=0;//ms延时倍乘数,在ucos下,代表每个节拍的ms数
extern void xPortSysTickHandler(void);
//systick中断服务函数,使用ucos时用到
void SysTick_Handler(void)
{
if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
{
xPortSysTickHandler();
}
}
//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()
{
u32 reload;
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);//选择外部时钟 HCLK
fac_us=SystemCoreClock/1000000;//不论是否使用OS,fac_us都需要使用
reload=SystemCoreClock/1000000;//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72M下,约合0.233s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秒中断一次
SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
}.h代码块
#ifndef _BSP_SYSTICK_H
#define _BSP_SYSTICK_H
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
//0,不支持os
//1,支持os
#define SYSTEM_SUPPORT_OS 1 //定义系统文件夹是否支持OS
void BSP_SysTickInit(void);
#endif
然后我们编译下：成功报错，说明还有问题
这里显示“xTaskGetSchedulerState”这个找不到，可是我们明明声明了头文件
#include "FreeRTOS.h"//FreeRTOS使用
#include "task.h"
这两个，还是报错，那么经过查找关键点在于“FreeRTOSCongfig.h”的配置
新增上这一句，编译就通过了
那么说明一个问题，我们的FreeRTOSCongfig.h配置不完善，得改良，早这里先引用原子的配置，我们先以这个配置进行更新，后面在专门写一篇关于FreeRTOSCongfig.h的功能介绍
更新“FreeRTOSCongfig.h”
/*
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FreeRTOS is free software; you can redistribute it and/or modify it under
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Free Software Foundation >>>> AND MODIFIED BY <<<< the FreeRTOS exception.
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>>! NOTE: The modification to the GPL is included to allow you to !<<
>>! distribute a combined work that includes FreeRTOS without being !<<
>>! obliged to provide the source code for proprietary components !<<
>>! outside of the FreeRTOS kernel. !<<
***************************************************************************
FreeRTOS is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
FOR A PARTICULAR PURPOSE. Full license text is available on the following
link: http://www.freertos.org/a00114.html
***************************************************************************
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* robust, strictly quality controlled, supported, and cross *
* platform software that is more than just the market leader, it *
* is the industry's de facto standard. *
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* *
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http://www.FreeRTOS.org/FAQHelp.html - Having a problem? Start by reading
the FAQ page "My application does not run, what could be wrong?". Have you
defined configASSERT()?
http://www.FreeRTOS.org/support - In return for receiving this top quality
embedded software for free we request you assist our global community by
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http://www.FreeRTOS.org/training - Investing in training allows your team to
be as productive as possible as early as possible. Now you can receive
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Ltd, and the world's leading authority on the world's leading RTOS.
http://www.FreeRTOS.org/plus - A selection of FreeRTOS ecosystem products,
including FreeRTOS+Trace - an indispensable productivity tool, a DOS
compatible FAT file system, and our tiny thread aware UDP/IP stack.
http://www.FreeRTOS.org/labs - Where new FreeRTOS products go to incubate.
Come and try FreeRTOS+TCP, our new open source TCP/IP stack for FreeRTOS.
http://www.OpenRTOS.com - Real Time Engineers ltd. license FreeRTOS to High
Integrity Systems ltd. to sell under the OpenRTOS brand. Low cost OpenRTOS
licenses offer ticketed support, indemnification and commercial middleware.
http://www.SafeRTOS.com - High Integrity Systems also provide a safety
engineered and independently SIL3 certified version for use in safety and
mission critical applications that require provable dependability.
1 tab == 4 spaces!
*/
#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H
#include "BSP_Uart.h"
//针对不同的编译器调用不同的stdint.h文件
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif
//断言
#define vAssertCalled(char,int) printf("Error:%s,%d\r\n",char,int)
#define configASSERT(x) if((x)==0) vAssertCalled(__FILE__,__LINE__)
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS基础配置配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_PREEMPTION 1 //1使用抢占式内核，0使用协程
#define configUSE_TIME_SLICING 1 //1使能时间片调度(默认式使能的)
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1 //1启用特殊方法来选择下一个要运行的任务
//一般是硬件计算前导零指令，如果所使用的
//MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0！
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 0 //1启用低功耗tickless模式
#define configUSE_QUEUE_SETS 1 //为1时启用队列
#define configCPU_CLOCK_HZ (SystemCoreClock) //CPU频率
#define configTICK_RATE_HZ (1000) //时钟节拍频率，这里设置为1000，周期就是1ms
#define configMAX_PRIORITIES (32) //可使用的最大优先级
#define configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned short)130) //空闲任务使用的堆栈大小
#define configMAX_TASK_NAME_LEN (16) //任务名字字符串长度
#define configUSE_16_BIT_TICKS 0 //系统节拍计数器变量数据类型，
//1表示为16位无符号整形，0表示为32位无符号整形
#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1 //为1时空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1 //为1时开启任务通知功能，默认开启
#define configUSE_MUTEXES 1 //为1时使用互斥信号量
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 8 //不为0时表示启用队列记录，具体的值是可以
//记录的队列和信号量最大数目。
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0 //大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能
//用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话
//此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法。
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1 //为1时使用递归互斥信号量
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0 //1使用内存申请失败钩子函数
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1 //为1时使用计数信号量
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与内存申请有关配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1 //支持动态内存申请
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(20*1024)) //系统所有总的堆大小
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_IDLE_HOOK 0 //1，使用空闲钩子；0，不使用
#define configUSE_TICK_HOOK 0 //1，使用时间片钩子；0，不使用
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与运行时间和任务状态收集有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 0 //为1时启用运行时间统计功能
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1 //为1启用可视化跟踪调试
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1 //与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数
//prvWriteNameToBuffer(),vTaskList(),
//vTaskGetRunTimeStats()
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与协程有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_CO_ROUTINES 0 //为1时启用协程，启用协程以后必须添加文件croutine.c
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 2 ) //协程的有效优先级数目
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_TIMERS 1 //为1时启用软件定时器
#define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES-1) //软件定时器优先级
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5 //软件定时器队列长度
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE*2) //软件定时器任务堆栈大小
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS可选函数配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 1
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1
#define INCLUDE_vTaskDelete 1
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources 1
#define INCLUDE_vTaskSuspend 1
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil 1
#define INCLUDE_vTaskDelay 1
#define INCLUDE_eTaskGetState 1
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 1
/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与中断有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
#define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS
#else
#define configPRIO_BITS 4
#endif
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15 //中断最低优先级
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5 //系统可管理的最高中断优先级
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
/***************************************************************************************************************/
/* 移植添加的,FreeRTOS与中断服务函数有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler SVC_Handler
#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */
到这里我们总体的移植算是完成了！
五、创建任务，点灯实验启动
上代码块：
#include "main.h"
#include "BSP_SysTick.h"
#include "BSP_Gpio.h"
#include "BSP_Uart.h"
/* FreeRTOS头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#define START_TASK_PRIO 1 //任务优先级
#define START_STK_SIZE 128 //任务栈大小
TaskHandle_t StartTask_Handler; //任务句柄
void start_task(void *pvParameters);//任务函数
#define LED0_TASK_PRIO 2 //任务优先级
#define LED0_STK_SIZE 50 //任务栈大小
TaskHandle_t LED0Task_Handler; //任务句柄
void led0_task(void *pvParameters); //任务函数
#define LED1_TASK_PRIO 3 //任务优先级
#define LED1_STK_SIZE 50 //任务栈大小
TaskHandle_t LED1Task_Handler; //任务句柄
void led1_task(void *pvParameters); //任务函数
void BoardInit(void)
{
BSP_SysTickInit();
BSP_GpioInit();
BSP_UartInit(115200);
}
//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);
vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}
int main(void)
{
// BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */
BoardInit();
printf("Welcome to FreeRTOS,CoreClock:%d\r\n",SystemCoreClock);
//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
}
//LED0任务函数
void led0_task(void *pvParameters)
{
while(1)
{
BSP_SetLed0(2);
vTaskDelay(500);
}
}
//LED1任务函数
void led1_task(void *pvParameters)
{
while(1)
{
BSP_SetLed1(2);
vTaskDelay(800);
}
}
编译完成
可以看到输出信息正常，同时开发板指示灯在循环闪烁
到此整个FreeRTOS移植完成！！！
六、附录：完整的工程代码
链接：https://pan.baidu.com/s/1DDstmG_wbpAjl8WUP2SxiQ
提取码：c518
