1►简介
在嵌入式领域中,嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用 CPU 的资源,简化应用软件的设计,缩短系统开发时间,更好地保证系统的实时性和可靠性。
FreeRTOS是一个RTOS类的嵌入式实时操作系统,具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点,可以方便地移植到各种单片机上运行。
MM32F5270是一款搭载了安谋科技 Arm Cortex-M33/STAR-MC1内核的MCU产品,其工作频率可达 120MHz,具有256KB Flash和192KB RAM,内置单精度浮点运算单元(Floating Point Unit,FPU),并支持数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)扩展,提供实时处理和高级中断处理能力,实现性能和电源效率的平衡,适合用于各种类型的实时控制应用。
本系列微课堂基于MM32F5270 MCU初步学习使用FreeRTOS开发,不足之处欢迎指出。
2►FreeRTOS移植
2.1 源码下载
点击官网标题下的Download可以去下载FreeRTOS源码,当前版本是V10.5.1(task.h文件中有注明版本)。
内容如下:
包括3个文件夹、4个HTML格式的网页和2个.txt文档,重点在于上面的FreeRTOS 和FreeRTOS-Plus两个文件夹,其中FreeRTOS文件夹的内容就是FreeRTOS内核源码,而Plus版本还包括内核以外的组件和第三方补充,对于FreeRTOS移植,我们只需要用到FreeRTOS内核源码就行了。
FreeRTOS文件夹内容:
Demo文件夹里面是 FreeRTOS的例程;
License文件夹里面是相关的许可信息;
Source文件夹是FreeRTOS源码;
Test文件夹是FreeRTOS的相关测试。
Source文件夹内容:
其中.c文件就是FreeRTOS的源码文件,include文件夹是源码包含的一些头文件,portable文件夹是FreeRTOS操作系统和具体硬件的连接层。
portable文件夹内容:
不同MCU内核及编译环境对应的portable文件有所差异,MemMang文件跟内存管理相关。
2.2 移植
移植 FreeRTOS首先需要一个基础工程,可以参考MM32F5270 LibSamples创建工程,或直接在任一例程基础上改动。
1) 向工程中添加FreeRTOS源码
在工程中新建一个名为FreeRTOS的文件夹:
将FreeRTOS相关文件复制到此文件夹下:
portable文件夹只留下GCC和MemMang两个文件夹,其他的都可以删除。
2) 向工程分组中添加文件
打开基础工程,新建分组 FreeRTOS_CORE 和 FreeRTOS_PORTABLE,然后向这两个分组中添加文件:
port.c文件位于portable\GCC\ARM_CM33_NTZ\non_secure文件夹。
heap_4.c文件位于portable\MemMang文件夹,提供RTOS内核所需的内存分配。
3) 添加头文件路径
添加FreeRTOS源码的头文件路径:
4) 加入FreeRTOSConfig.h文件
FreeRTOSConfig.h是FreeRTOS的配置文件,通过宏定义来完成对系统的配置和裁剪。可以自己创建(参考 http://www.freertos.org/a00110.html),也可以从FreeRTOS的官方移植工程中复制。这里复制FreeRTOSDemoCORTEX_MPU_M33F_Simulator_Keil_GCCConfigFreeRTOSConfig.h。
5)修改重复定义的函数
FreeRTOS在port.c中定义了SysTick_Handler()、SVC_Handler()和PendSV_Handler()这三个函数,需要将工程mm32f5270_it.c中定义的三个同名函数注释掉。
6) 编译和修改
编译后如果一些报错或警告,根据提示修改即可,一般和Contex-M33的特定配置选项有关,如configENABLE_MPU、configENABLE_FPU、configENABLE_TRUSTZONE 根据实际应用情况来适配。
另外还要在FreeRTOSConfig.h修改如下宏定义:
设置configCPU_CLOCK_HZ为120000000,和当前MCU配置的系统时钟频率一致。
设置configTICK_RATE_HZ为1000,即FreeRTOS时钟节拍周期是1ms。
3►验证
开发板使用Mini-F5277-OB,编写简单的FreeRTOS应用代码,测试FreeRTOS的移植是否成功。设计四个任务:start_task()、led1_task ()、led2_task ()和 float_task(),功能如下:
start_task():用来创建其他三个任务。
led1_task ():控制 LED1 的闪烁,提示系统正在运行。
led2_task ():控制 LED2 的闪烁。
float_task():浮点测试任务,用于测试FPU是否工作正常。
代码如下:
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); } }
主函数:
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(); }
程序执行情况:
板载LED1、LED2分别间隔100ms、500ms闪烁。
串口调试助手打印float_num的值不断增加,每次增加0.01,工程和KEIL已经设置使用FPU,调试观察会用到浮点寄存器s0、s2和浮点指令VLDR、VADD.F32。
与程序设置相符,FreeRTOS移植成功。