基于MM32F5270 MCU實(shí)現(xiàn)FreeRTOS移植

1?簡(jiǎn)介

在嵌入式領(lǐng)域中，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）可以更合理、更有效地利用 CPU 的資源，簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)，縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間，更好地保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

FreeRTOS是一個(gè)RTOS類(lèi)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有源碼公開(kāi)、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點(diǎn)，可以方便地移植到各種單片機(jī)上運(yùn)行。

MM32F5270是一款搭載了安謀科技 Arm Cortex-M33/STAR-MC1內(nèi)核的MCU產(chǎn)品，其工作頻率可達(dá) 120MHz，具有256KB Flash和192KB RAM，內(nèi)置單精度浮點(diǎn)運(yùn)算單元（Floating Point Unit，F(xiàn)PU），并支持數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing， DSP）擴(kuò)展，提供實(shí)時(shí)處理和高級(jí)中斷處理能力，實(shí)現(xiàn)性能和電源效率的平衡，適合用于各種類(lèi)型的實(shí)時(shí)控制應(yīng)用。

本系列微課堂基于MM32F5270 MCU初步學(xué)習(xí)使用FreeRTOS開(kāi)發(fā)，不足之處歡迎指出。

2?FreeRTOS移植

2.1 源碼下載

點(diǎn)擊官網(wǎng)標(biāo)題下的Download可以去下載FreeRTOS源碼，當(dāng)前版本是V10.5.1（task.h文件中有注明版本）。

內(nèi)容如下：

包括3個(gè)文件夾、4個(gè)HTML格式的網(wǎng)頁(yè)和2個(gè).txt文檔，重點(diǎn)在于上面的FreeRTOS 和FreeRTOS-Plus兩個(gè)文件夾，其中FreeRTOS文件夾的內(nèi)容就是FreeRTOS內(nèi)核源碼，而Plus版本還包括內(nèi)核以外的組件和第三方補(bǔ)充，對(duì)于FreeRTOS移植，我們只需要用到FreeRTOS內(nèi)核源碼就行了。

FreeRTOS文件夾內(nèi)容：

Demo文件夾里面是 FreeRTOS的例程；

License文件夾里面是相關(guān)的許可信息；

Source文件夾是FreeRTOS源碼；

Test文件夾是FreeRTOS的相關(guān)測(cè)試。

Source文件夾內(nèi)容：

其中.c文件就是FreeRTOS的源碼文件，include文件夾是源碼包含的一些頭文件，portable文件夾是FreeRTOS操作系統(tǒng)和具體硬件的連接層。

portable文件夾內(nèi)容：

不同MCU內(nèi)核及編譯環(huán)境對(duì)應(yīng)的portable文件有所差異，MemMang文件跟內(nèi)存管理相關(guān)。

2.2 移植

移植 FreeRTOS首先需要一個(gè)基礎(chǔ)工程，可以參考MM32F5270 LibSamples創(chuàng)建工程，或直接在任一例程基礎(chǔ)上改動(dòng)。

1) 向工程中添加FreeRTOS源碼

在工程中新建一個(gè)名為FreeRTOS的文件夾：

將FreeRTOS相關(guān)文件復(fù)制到此文件夾下：

portable文件夾只留下GCC和MemMang兩個(gè)文件夾，其他的都可以刪除。

2) 向工程分組中添加文件

打開(kāi)基礎(chǔ)工程，新建分組 FreeRTOS_CORE 和 FreeRTOS_PORTABLE，然后向這兩個(gè)分組中添加文件：

port.c文件位于portable\GCC\ARM_CM33_NTZ\non_secure文件夾。

heap_4.c文件位于portable\MemMang文件夾，提供RTOS內(nèi)核所需的內(nèi)存分配。

3) 添加頭文件路徑

添加FreeRTOS源碼的頭文件路徑：

4) 加入FreeRTOSConfig.h文件

FreeRTOSConfig.h是FreeRTOS的配置文件，通過(guò)宏定義來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)的配置和裁剪?？梢宰约簞?chuàng)建（參考 http://www.freertos.org/a00110.html），也可以從FreeRTOS的官方移植工程中復(fù)制。這里復(fù)制FreeRTOSDemoCORTEX_MPU_M33F_Simulator_Keil_GCCConfigFreeRTOSConfig.h。

5)修改重復(fù)定義的函數(shù)

FreeRTOS在port.c中定義了SysTick_Handler()、SVC_Handler()和PendSV_Handler()這三個(gè)函數(shù)，需要將工程mm32f5270_it.c中定義的三個(gè)同名函數(shù)注釋掉。

6) 編譯和修改

編譯后如果一些報(bào)錯(cuò)或警告，根據(jù)提示修改即可，一般和Contex-M33的特定配置選項(xiàng)有關(guān)，如configENABLE_MPU、configENABLE_FPU、configENABLE_TRUSTZONE 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)適配。

另外還要在FreeRTOSConfig.h修改如下宏定義：

設(shè)置configCPU_CLOCK_HZ為120000000，和當(dāng)前MCU配置的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率一致。

設(shè)置configTICK_RATE_HZ為1000，即FreeRTOS時(shí)鐘節(jié)拍周期是1ms。

3?驗(yàn)證

開(kāi)發(fā)板使用Mini-F5277-OB，編寫(xiě)簡(jiǎn)單的FreeRTOS應(yīng)用代碼，測(cè)試FreeRTOS的移植是否成功。設(shè)計(jì)四個(gè)任務(wù)：start_task()、led1_task ()、led2_task ()和 float_task()，功能如下：

start_task()：用來(lái)創(chuàng)建其他三個(gè)任務(wù)。

led1_task ()：控制 LED1 的閃爍，提示系統(tǒng)正在運(yùn)行。

led2_task ()：控制 LED2 的閃爍。

float_task()：浮點(diǎn)測(cè)試任務(wù)，用于測(cè)試FPU是否工作正常。

代碼如下：

voidstart_task(void*pvParameters)
{
taskENTER_CRITICAL();

xTaskCreate((TaskFunction_t)led1_task,
(constchar*)"led1_task",
(uint16_t)LED1_STK_SIZE,
(void*)NULL,
(UBaseType_t)LED1_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t*)&LED1Task_Handler);

xTaskCreate((TaskFunction_t)led2_task,
(constchar*)"led2_task",
(uint16_t)LED2_STK_SIZE,
(void*)NULL,
(UBaseType_t)LED2_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t*)&LED2Task_Handler);

xTaskCreate((TaskFunction_t)float_task,
(constchar*)"float_task",
(uint16_t)FLOAT_STK_SIZE,
(void*)NULL,
(UBaseType_t)FLOAT_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t*)&FLOATTask_Handler);

vTaskDelete(StartTask_Handler);
taskEXIT_CRITICAL();
}


voidled1_task(void*p_arg)
{
while(1)
{
PLATFORM_LED_Toggle(LED1);
vTaskDelay(100);
}
}


voidled2_task(void*p_arg)
{
while(1)
{
PLATFORM_LED_Toggle(LED2);
vTaskDelay(500);
}
}


voidfloat_task(void*p_arg)
{
staticfloatfloat_num=0.00;
while(1)
{
float_num+=0.01f;
printf("float_num=%.4f
",float_num);
vTaskDelay(1000);
}
}

主函數(shù)：

intmain(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);

PLATFORM_Init();

xTaskCreate((TaskFunction_t)start_task,
(constchar*)"start_task",
(uint16_t)START_STK_SIZE,
(void*)NULL,
(UBaseType_t)START_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t*)&StartTask_Handler);

vTaskStartScheduler();
}

程序執(zhí)行情況：

板載LED1、LED2分別間隔100ms、500ms閃爍。

串口調(diào)試助手打印float_num的值不斷增加，每次增加0.01，工程和KEIL已經(jīng)設(shè)置使用FPU，調(diào)試觀察會(huì)用到浮點(diǎn)寄存器s0、s2和浮點(diǎn)指令VLDR、VADD.F32。

與程序設(shè)置相符，F(xiàn)reeRTOS移植成功。