使用HAL对STM32F407ZGT6单片机移植FreeRTOS(参考正点原子)

Posted 2021-09-06 果果小师弟

使用HAL对STM32F407ZGT6单片机移植FreeRTOS

• FreeRTOS源码下载
• • include文件夹
  • portable文件夹
• 移植FreeRTOS源码
• • 1、添加 FreeRTOS源码
  • 2、向工程分组中添加文件
  • 3、添加相应的头文件路径
  • 4、修改SYSTEM文件
  • • 1、修改sys.h文件
    • 2、修改 usart.c文件
    • 3、修改 delay.c文件
• 总结

我们既然要学习FreeRTOS，如果不是用STM32CubeMX来配置工程的话们就要去官网下载源码:https://www.freertos.org/

FreeRTOS源码下载

下面这些文件就是需要移植到你的工程中去的。

include文件夹

include文件夹是一些头文件，移植的时候是需要的。

portable文件夹

portable这个文件夹，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，如图所示
从图中可以看出FreeRTOS针对不同的编译环境和MCU都有不同的桥梁，我们这里就以MDK编译环境下的STM32F407为例。MemMang这个文件夹是跟内存管理相关的，我们移植的时候是必须的，具体内容我们后面会专门有一章来讲解。Keil文件夹里面的东西肯定也是必须的，但是我们打开Keil件夹以后里面只有一个文件See-also-cthe-Rvds-directory.txt这个txt文件是什么鬼？别急嘛！看文件名字“See-also-the-VDS-directory”，意思就是参考RVDS文件夹里面的东西！哎，好吧，在打开RVDS文件夹，如图所示。ARM_CM4F有两个文件，这两个文件就是我们移植的时候所需要的！

移植FreeRTOS源码

1、添加 FreeRTOS源码

在基础工程中新建一个名为FreeRTOS的文件夹

创建FreeRTOS文件夹以后就可以将FreeRTOS的源码添加到这个文件夹中，添加完以后如图
在前面详细的讲解过portable文件夹，我们只需要留下keil、MemMang和RVDS这三个文件夹，其他的都可以删除掉，完成以后如图所示：

2、向工程分组中添加文件

打开基础工程，新建分组FreeRTOS，然后向这两个分组中添加文件，如图所示

FreeRTOS分组中的port.c和heap4c是FreeRTOS的内核文件。其中port.c是RVDS文件夹下的ARM_CM4F中的文件，因为STM32F407是Cortex-M4内核并且带有FPU，因此要选择 ARM_CM4F中的 port.c文件。heap4.c是 MemMang文件夹中的，前面说了MemMang是跟内存管理相关的，里面有5个c文件：heap1.c、heap2.c、heap3.c、heap4.c和heap5.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heap4.c。FreeRTOS分组中其他的几个文件来自工程FreeRTOS文件夹。

3、添加相应的头文件路径

添加完 FreeRTOS源码中的C文件以后还要添加FreeRTOS源码的头文件路径，头文件路径如所
头文件路径添加完成以后编译一下，看看有没有什么错误，结果会发现提示打不开FreeRTOSConfig.h这个文件，如图所示：
这是因为缺少 FreeRTOSConfig.h文件，这个文件在哪里找呢？你可以自己创建，显然这不是一个明智的做法。我们可以找找FreeRTOS的官方移植工程中会不会有这个文件，打开FreeRTOS针对STM32F407的移植工程文件，文件夹是CORTEX M4FSTM32F407ZG-SK，打开以后如图所示
果然！官方的移植工程中有这个文件，二话不说复制到我们的工程中去，至于复制到什么地方大家可以自行决定，这里我为了方便放到了FreeRTOS源码中的 include文件夹下。

FreeRTOSConfig.h是何方神圣？看名字就知道，他是FreeRTOS的配置文件，一般的操作系统都有裁剪、配置功能，而这些裁剪及配置都是通过一个文件来完成的，基本都是通过宏定义来完成对系统的配置和裁剪的。

到这里我们再编译一次，发现还是会提示有错误存在，如图所示
这次的错误是SystemCoreClock未定义，这是因为在FreeRTOSConfig.h中使用到了System Core Clock来标记MCU的频率，如图所示
注意，这里有个条件编译！只有定义__ICCARM__以后下面的代码才有效

#include <stdint.h>
extern uint32 t SystemCoreClock

我们需要修改这个条件编译，修改后的代码如下：

#if defined (__ICCARM__)|| defined(__CC_ARM)|| defined(__GNUC__)
	#include <stdint.h>
	extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif

继续编译一次，还是有错误，如图

这是因为porc和stm32f4xx_it.c这两个文件中有重复定义的函数：Pendsv handler()
SVC_Handler()和 Systick_Handler()，这里屏蔽掉stm32f4xx_it.c中的PendSv handler()、SVC Handler和Systick Handler()这三个函数。

在编译一次，继续有错误，这次的错误是提示有一些未定义的函数，如图所示
注意看这些未定义的函数，它们都是Hook结尾的，这些函数有个共同的名称：钩子函数，这是因为在FreeRTOSConfig.h中开启了这些钩子函数，但是却没有定义这些钩子函数而导致的，我们在FreeRTOSConfig.h中关闭这些钩子函数就行了，关闭的方法很简单，将相应的宏定义改为0即可，这里将宏 configUSE IDLE_HOOK、configUSE_TICK_HOOK configUSE_MALLOC_FALLED_HOOK和 configCHECK_FOR_STACK_ OVERFLOW定义为0最后编译一下，应该就没有错误了。

4、修改SYSTEM文件

SYSTEM文件夹里面的文件正点原子是针对UCOS而编写的，所以如果使用FreeRTOS的话就需要做相应的修改。

1、修改sys.h文件

sysh文件修改很简单，在sysh文件里面用宏SYSTEM_SUPPORT_OS来定义是否使用OS我们使用了 FreeRTOS，所以应该将宏SYSTEM_SUPPORT_OS改为1。

2、修改 usart.c文件

这里的usart.c文件也是要修改的，但是我们这里没有用串口，通的RTT来代替打印，所以就不需要修改。

3、修改 delay.c文件

delay.c文件修改的就比较大了，因为涉及到FreeRTOS的系统时钟，delay.c文件里面有4个函数，先来看一下函数SysTick_Handler，此函数是滴答定时器的中断服务函数，代码如下：

#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 
extern void xPortSysTickHandler(void); 
//systick中断服务函数,使用OS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(u8 SYSCLK)
{
	u32 reload;
	HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);//SysTick频率为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);
}

Freertos的心跳就是由滴答定时器产生的，根据 FreeRToS的系统时钟节拍设置好滴答定时器的周期，这样就会周期触发滴答定时器中断了。在滴答定时器中断服务函数中调用FreeRTOS的API函数 xPortSysTickHandler()

extern void xPortSysTickHandler(void); 
//systick中断服务函数,使用OS时用到
void SysTick_Handler(void)
{	
    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
    {
        xPortSysTickHandler();	
    }
}

FreeRTOS的系统时钟是由滴答定时器提供的，那么肯定要根据 FreeRTOS的系统时钟节拍来初始化滴答定时器了，delay init()就是来完成这个功能的。FreeRTOS的系统时钟节拍由宏 configTICK_RATE_HZ来设置，这个值我们可以自由设置，但是一旦设置好以后我就要根据这个值来初始化滴答定时器，其实就是设置滴答定时器的中断周期。在基础例程中滴答定时器的时钟频率设置的是AHB的1/8，这里为了兼容FreeRTOS将滴答定时器的时钟频率改为了AHB，也就是168MHz！

void delay_init(u8 SYSCLK)
{
	u32 reload;
	HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);//SysTick频率为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     
}		

delay_us()是us级延时函数，delay_ms()和delay_xms()都是ms级的延时函数，delay_us()和delay_xms()不会导致任务切换。delay_ms()其实就是对FreeRTOS中的延时函数VTaskDelay()的简单封装，所以在使用delay_ms()的时候就会导致任务切换。

delay.c修改完成以后编译一下，会提示如图示错误：

从图可以看出在port.c和delay.c中有重复定义的函数：SysTick Handler，二选一。
很明显delay.c中的SysTick_Handler得留下来，打开FreeRTOSConfig.h文件，找到如下一个宏定义：

#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler

然后屏蔽掉此行代码就可以了。

总结

1、在官网下载源码
2、将源码添加到工程中
3、修改FreeRTOSConfigh文件配置

源码移植还是比较复杂的，后面使用stm32cubemx移植就简单多了，但是通过直接源码的移植能够更好的帮助我们理解FreeRTOS的文件配置。