FreeRTOSFreeRTOS学习笔记— 使用STM32CubeMX对F407ZGT6移植FreeRTOS(CMSIS API)

Posted 2021-09-20 果果小师弟

如果我们自己移植代码就是使用的是FreeRTOS的原生API接口，如果使用STM32CubeMX来配置工程就是使用的CMSIS API接口，是对FreeRTOS的原生API接口进行了封装。

为什么学习CMSIS 的 RTOS 接口?

目前使用的是FreeRTOS，我们可以直接介绍FreeRTOS的原生接口(原生API)，源码移植就是使用的是原生API接口。我们这里选择介绍CMSIS接口，实际上CMSIS接口和原生接口都是类似的，因此学会了CMSIS 的RTOS接口之后，大家自己也能自学对应的原生接口，当然毕竟还是有区别的，因此还是需要花时间去熟悉的。

学会了CMSIS的最大好处就是，只要其它RTOS有提供CMSIS接口，我们就可以直接使用 CMSIS接口，而不需要再花时间去了解原生接口。比如我们在学习UCOS时，发现UCOS的API和FreeRTOS的API不同，是因为我们学的都是他们原生的API，就是我们下载源码后在keil中移植的那种。但是如果我们学会了CMSIS API，那么不管以后学习哪一个OS，只要这个OS提供了CMSIS的接口，我们就直接可以用CMSIS的API来调用学习，而不需要再花时间去了解原生接口。

CubeMX在提供FreeRTOS时也提供了CMSIS接口，后面具体举例时就可以看到封装的.c文件，总之ST对FreeRTOS封装出了CMSIS接口。

1、原理图分析

本文使用的硬件开发环境是STM32F407、

2、新建工程

3、外部晶振

4、下载器

5、打开FreeRTOS

Include paramters

这一个与 freeRtos 的原生接口有关，大家凡是看到 v 打头、x 打头的函数，都是 freeRtos 的原生函数，我们现在要使用的是对原生接口封装后的 CMSIS API，通过 Include paramters 的配置可以决定哪些原生接口被使用，哪些不被使用，不过有关 Include paramters 中的内容，一般情况下使用默认设置即可。

User Constant

在该这栏目中可以添加宏定义，添加后就会在代码中自动生成宏定义的代码，但是我们一般不会这样添加，我们需要定义什么宏定义，我们一般都是直接在代码中编写。

Task and Queues（任务和队列）

在这一个栏目中，我们可以添加任务（线程），自动生成代码时就会生成创建任务（线程）的代码，一般会有一个默认任务，如果需要的话我们可以额外添加一个任务，当然我们也可以自己去写这些创建任务的代码。

添加一个任务（线程），默认任务+添加的任务，目前我们有两个任务，创建工程时会自动生成创建这两个任务的代码。

添加之前
添加之后

Timers and Semaphores（定时器和信号量）

通过该栏目可以添加软件定时器、互斥锁和信号量，然后就可以自动生成软件定时器、互斥锁和信号量的代码，但是一般情况是在写代码时我们自己添加相应的代码，而不是自动生成能，所以这个栏目不配置。

我们目前不添加定时器、互斥锁和信号量，编程时在代码中添加。

FreeRTOS Heap Usage（堆设置）

6、时钟配置

Fvco:VCO频率
SYSCLK:系统时钟频率
Fusb:USB,SDIO,RNG等的时钟频率
Fs:PLL输入时钟频率,可以是HSI,HSE等. 
plln:主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.
pllm:主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.
pllp:系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)
pllq:USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.

外部晶振为8M的时候,推荐值:plln=336,pllm=8,pllp=2

7、工程设置

生成代码

建议勾选上分文件管理。
我们在生成代码的时候，出现了如下提示，我们这里需要解决这个警告，否者会出问题。

我们前面介绍FreeRTOS时说过，FreeRTOS线程切换的本质就是定时器定一个时间，定的时间到了就切换运行其它线程，在默认情况下会使用Systick来作为RTOS的时间片定时器，这里不凑巧的是HAL 库代码已经使用了 Systick，所以上面警告就是告诉你冲突了，我们需要解决这个冲突。

如何解决冲突？

先点击“否”，将 sys 中的 Systick 换成其它定时器，比如 tim1，RTOS 就使用 tim1 来做自己的 Systick。

做了以上设置后在生成代码时就不会再出现前面所提到的警告。

FreeRTOSConfig.h（配置头文件）

在生成的工程项目中的头文件目录下有一个FreeRTOSConfig.h，如果是源码移植的话，我们应该修改这一个.h来设置我们需要的配置，但是CubeMx提供了图形化的配置界面，也就是我们前面所介绍的内容，我们进行了前面的配置后，关键配置信息就会记录到这个.h中，最后 FreeRTOS在工作时就会使用到.h 中的相关配置。

工程文件介绍

8、CMSIS RTOS API 概述

有关 API 概述的更多内容，大家可以查看CMSIS网页中的Function Overview的介绍。

RTOS API 分类

1、内核信息和控制 API
2、线程管理 API
3、延时 API
4、软件定时器 API
5、线程间通信 API

API 简介

1、内核信息和控制 API

osKernelInitialize : 初始化 RTOS
osKernelStart : 启动 RTOS
osKernelRunning : 检测 RTOS 是否正在运行
osKernelSysTick : 获取 Systick 定时器的当前计数值

2、线程管理 API

osThreadCreate : 创建一个线程，创建的线程处理 READY 状态，等待任务管理调度执行
osThreadTerminate : 终止线程
osThreadYield :主动让出 CPU，让其它线程运行如果不主动让出的话，要么时间片到切换，或者被其它高优先级线程抢占，也就是说，对于同等优先级的线程来说：靠时间片切换
对于不同优先级的线程来说：高的会抢占低的
osThreadGetId : 获取线程 ID
osThreadSetPriority : 修改线程的优先级
osThreadGetPriority : 获取线程的优先级

3、延时 API

osDelay : 延时函数

4、软件定时器 API

osTimerCreate :创建一个软件定时器
软件定时器的底层实际上用的要是硬件定时，但是会通过软件来管理，有关软件定时器后面
还会讲到。
osTimerStart : 开始定时计数，或者重新开始定时计数
osTimerStop : 让软件定时器停止计数
osTimerDelete : 删除软件定时器

5、线程间通信 API

信号、消息队列、邮箱队列是真正的通信，而互斥锁、信号量是借助通信来实现资源保护的手段，至于内存池，其实即是 malloc 的替代品。

5.1、信号

osSignalSet :发送信号
osSignalClear : 清除信号
osSignalWait : 接收信号

5.2、Message Queue

osMessageCreate : 创建一个消息队列
osMessagePut : 发送一个消息到消息队列中
osMessageGet : 从消息队列获取消息

5.3、Memory Pool

osPoolCreate : 创建一个内存池
osPoolAlloc : 通过内存池开辟空间
osPoolCAlloc :作用与 osPoolAlloc 一样，只不过会将空间清零
osPoolFree : 释放开辟的空间

5.4、Mail Queue

osMailCreate : 创建一个邮箱队列
osMailAlloc : 开辟空间
osMailCAlloc : 作用与 osMailAlloc 一样，只不过会将空间清零
osMailPut : 将空间指针发送给对方线程
osMailGet :接收空间指针
osMailFree : 释放开辟的空间

5.5、互斥锁

osMutexCreate : 创建一个互斥锁
osMutexWait : 加锁
osMutexRelease : 释放锁
osMutexDelete : 删除互斥锁，或者叫销毁互斥锁

5.6、信号量

osSemaphoreCreate : 创建一个信号量
osSemaphoreWait :等待资源
osSemaphoreRelease :释放资源
osSemaphoreDelete : 删除信号量

现在已经使用stm32cubemx生成了freertos的代码，接下来就是创建两个任务了。