STM32F103+RTT从零开始——RTT系统中点亮LED

Posted 2022-08-01 湖广午王

上一篇博客简单说了下如何使用Keil创建STM32F103的工程，并且完成了LED点亮，及让LED等闪烁的功能，那是诸多同学学习单片机的起手式。本篇博客继续上一篇博客的内容，依旧是点亮LED，不同的是，这次点亮LED等，是在RT-Thread操作系统中进行的。

创建工程

创建一个Keil工程，芯片依旧选择STM32F103C8T6，然后在Manage Run-Time Environment对话框中选择需要用的的软件组件，与上文不同的是，我们需要把RTT一起勾上，这里的RTOS入口，可以通过RTT的官网搜索pack进行安装。如下图：

上图中，红线框中即为RTT操作系统的组件，分别为设备驱动，系统内核以及shell。蓝线框中为Keil的RTX操作系统。我们现在要用的是RTT，所以勾选RTT的组件即可，其中Kernel为必选项，device drivers依赖kernel，shell又依赖device drivers。

shell也提一下，shell强翻成中文就是命令行外壳，如同linux操作系统一样，RTT也提供了一套共用户在命令行操作的操作接口。RTT提供的这套接口叫做finsh，主要用于调试、查看系统信息。finsh支持两种模式：1. C语言解释器模式, 为行文方便称之为c-style；2. 传统命令行模式，此模式又称为msh(module shell)。
在大部分嵌入式系统中，一般开发调试都使用硬件调试器和printf日志打印，在有些情况下，这两种方式并不是那么好用。比如对于RT-Thread这个多线程系统，我们想知道某个时刻系统中的线程运行状态、手动控制系统状态。如果有一个shell，就可以输入命令，直接相应的函数执行获得需要的信息，或者控制程序的行为。这无疑会非常方便。finsh就是基于此而设计，它运行于开发板，可以使用串口/以太网/USB等与PC机进行通信。

创建工程后，相对上一篇博客创建的工程，项目中会多出了RTT，如下图。至于各个文件及其作用，后续使用的时候再逐步理解。我们当前最需要关注的是board.c和rtthread.h两个文件。从图中可以看出，只有这两个文件上没有标注钥匙，有钥匙标注的是不允许更改，也就是我们能更改就是这两个文件。后面再分析这两个文件。且走下一步。

编写点灯程序

创建好工程后，开始编写点灯程序了，与上篇博客一样，直接贴上代码：

#include "rtthread.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"

int main()

	GPIO_InitTypeDef gpioInit;
	
	//打开GPIOB的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
	//LED上拉连接GPIOB 12引脚，所以设置如下，推挽输出，Pin12,2MHz输出速度
	gpioInit.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;
	gpioInit.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12;
	gpioInit.GPIO_Speed=GPIO_Speed_2MHz;
	GPIO_Init(GPIOB,&gpioInit);
	
	while(1)
		//点亮LED
		GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
		//延时0.5s
		rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND/2);
		//关闭LED
		GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12);
		//延时0.5s
		rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND/2);
	

这样编写程序后，编译通过，烧写后却发现LED根本无法按照预期进行工作，这是因为我们还缺少工作没有做。
打开board.c，可以看到它上面有几句注释，根据注释，修改如下：

#include <rthw.h>
#include <rtthread.h>
#include "stm32f10x_rcc.h"

// rtthread tick configuration
// 1. include header files
// 2. configure rtos tick and interrupt
// 3. add tick interrupt handler

// rtthread tick configuration
// 1. include some header file as need
//#include <your_header_file.h>

#ifdef __CC_ARM
extern int Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit;
#define HEAP_BEGIN    (&Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit)
#elif __ICCARM__
#pragma section="HEAP"
#define HEAP_BEGIN    (__segment_end("HEAP"))
#else
extern int __bss_end;
#define HEAP_BEGIN    (&__bss_end)
#endif

#define SRAM_SIZE         8
#define SRAM_END          (0x20000000 + SRAM_SIZE * 1024)


/**
 * This function will initial STM32 board.
 */
void rt_hw_board_init()
    
	// rtthread tick configuration
	// 2. Configure rtos tick and interrupt
	//SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);
	SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);
    /* Call components board initial (use INIT_BOARD_EXPORT()) */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    rt_components_board_init();
#endif
    
#if defined(RT_USING_CONSOLE) && defined(RT_USING_DEVICE)
	rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif
    
#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
    rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN, (void*)SRAM_END);
#endif


// rtthread tick configuration
// 3. add tick interrupt handler 
// tickvoid SysTick_Handler(void)
// 
// 	/* enter interrupt */
// 	rt_interrupt_enter();
// 
// 	rt_tick_increase();
// 
// 	/* leave interrupt */
// 	rt_interrupt_leave();
// 

void SysTick_Handler(void)

// 	/* enter interrupt */
rt_interrupt_enter();
// 
rt_tick_increase();
// 
// 	/* leave interrupt */
rt_interrupt_leave();

再次编译，烧写程序，LED开始闪烁。

RTT第一次分析

board.c修改后，程序就正常工作了。可是为什么呢？根据经验来说，C程序不是从main开始的么，board中的程序又是何时执行的呢？在main中我们有死循环，如果是从main开始执行的，那么board.c的函数就绝对不可能执行了。

为什么不是从main开始执行的

Ctrl+F搜索rt_hw_board_init函数。发现他在components.c中的rtthread_startup调用，再搜索rtthread_startup结构发现其调用如下：

#if defined (__CC_ARM)
extern int $Super$$main(void);
/* re-define main function */
int $Sub$$main(void)

    rt_hw_interrupt_disable();
    rtthread_startup();
    return 0;

#elif defined(__ICCARM__)
extern int main(void);
/* __low_level_init will auto called by IAR cstartup */
extern void __iar_data_init3( void );
int __low_level_init(void)

	// call IAR table copy function.
	__iar_data_init3();
    rt_hw_interrupt_disable();
    rtthread_startup();
    return 0;

#elif defined(__GNUC__)
extern int main(void);
/* Add -eentry to arm-none-eabi-gcc argument */
int entry(void)

    rt_hw_interrupt_disable();
    rtthread_startup();
    return 0;

#endif

在上面预处理指令有三段，分别判断三个宏是否被定义——__CC_ARM、__ICCARM__、__GNUC__，这三个是什么呢？如果全局搜索，会发现在core_cm3.h中它们出现很多次了。
ARM 系列目前支持三大主流的工具链，即ARM RealView (armcc), IAR EWARM (iccarm), and GNU Compler Collection (gcc)，这三个就是用来指示当前使用的是哪个工具链。因为我们使用的就是RealView（Keil）了。
可以看到**$Super$$main和$Sub$$main**，这又是什么呢？
在某些情况下，无法修改现有符号，例如，由于符号位于外部库或 ROM 代码中。为了解决这个问题，Keil提供了使用 $Super$$ 和 $Sub$$ 模式来修补现有符号的方法。 $Super$$标识的是原函数， $Sub$$标识的是新函数。上面的代码就是它们用法的最好示例了。

extern int $Super$$main(void);
/* re-define main function */
int $Sub$$main(void)

    rt_hw_interrupt_disable();
    rtthread_startup();
    return 0;

这样，程序的执行就不是从用户写的main方法开始了。而是从这个$Sub$$main(void)开始的了。

main是怎么执行的

已经知道了程序不是从main开始执行的是RTT系统作的怪，那么用户写的main方法是何时执行的呢？接着搜索**$Super$$main**，得到其调用如下：

/* the system main thread */
void main_thread_entry(void *parameter)

    extern int main(void);
    extern int $Super$$main(void);

    /* RT-Thread components initialization */
    rt_components_init();

    /* invoke system main function */
#if defined (__CC_ARM)
    $Super$$main(); /* for ARMCC. */
#elif defined(__ICCARM__) || defined(__GNUC__)
    main();
#endif

接着搜索main_thread_entry得带代码如下：

void rt_application_init(void)

    rt_thread_t tid;

#ifdef RT_USING_HEAP
    tid = rt_thread_create("main", main_thread_entry, RT_NULL,
                           RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE, RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 3, 20);
    RT_ASSERT(tid != RT_NULL);
#else
    rt_err_t result;

    tid = &main_thread;
    result = rt_thread_init(tid, "main", main_thread_entry, RT_NULL,
                            main_stack, sizeof(main_stack), RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 3, 20);
    RT_ASSERT(result == RT_EOK);
#endif

    rt_thread_startup(tid);

从名字就可以看得出来，这是在造线程啊，查阅下rtthread的官方文档果然如此。rt_application_init被rtthread_startup调用，然后它创建了一个线程，并在线程中调用了用户定义的main函数。至此就真相大白了。RTT利用工具链提供的方式，替换掉了用户的main，来启动操作系统，并创建了一条线程，在线程中调用了用户的main方法。

至此，RTT操作系统就已经在STM32C8T6核心板上跑起来了。后续使用RTT操作系统得先看下官方文档，然后在使用中实践，在实践中深入理解，以便更快更好的掌握RTT。