基于STM32F103 HAL库的FreeRTOS移植

小李知识库

已于 2025-07-02 15:51:10 修改

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文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机

于 2025-07-02 15:14:18 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Py_MrLee/article/details/149070585

FreeRTOS 移植准备

移植步骤概述

添加 FreeRTOS 源码到工程。
配置 Cmake 编译脚本。
添加配置文件 FreeRTOSConfig.h。
修改三个中断函数。
编写程序验证。

工程准备

使用 STM32CubeMX 生成一个 GPIO 控制工程即可，记得修改时钟源。我使用的是 Cmake 工具链，但是无论什么工具链、HAL 库/标准库，移植思想流程是一致的。

FreeRTOS移植实践

下载源码

下载地址 ：FreeRTOS™ - FreeRTOS™

移植内核源码

再 HAL 库工程的根目录新建目录Middlewares\Third_Party\FreeRTOS\Source，将内核源码均移植到该目录下。

FreeRTOS 的源码目录：

移植后的工程：

配置编译工具链

再portable文件夹下是对一些常见的工具链的适配，比如 Keil、IAR、GCC 等，其中MemMang是 FreeRTOS 的内存管理文件，均要保留。

我的工程使用的是GCC工具链，芯片是基于Arm cortex-m3的 STM32F103 芯片，所以在 GCC 文件夹下仅保留ARM_CM3；同时我使用heap_4的堆管理，保留MemMang\heap_4.c。

删除所以源文件以外的文件，特别是 Cmake 文件。

配置 Cmake 编译脚本

在根目录的CmakeLists.txt文件中添加以下内容：

set(FreeRTOS_Src
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/croutine.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/event_groups.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/list.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/queue.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/stream_buffer.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/tasks.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/timers.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/portable/MemMang/heap_4.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/portable/GCC/ARM_CM3/port.c
)

# Add sources to executable
target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
    # Add user sources here
    ${FreeRTOS_Src}
)

# Add include paths
target_include_directories(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
    # Add user defined include paths
    Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/include
    Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/portable/GCC/ARM_CM3
)

添加**FreeRTOSConfig.h**文件

在下载的 FreeRTOS 源码目录FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel\examples\template_configuration下有一个模板文件，但需要我们手动修改添加一些内容。

当然也可以使用别人编写好的，或者 STM32CubeMX 生成的（推荐）。

修改中断函数

下面两个函数在stm32f1xx_it.c、portable\GCC\ARM_CM3\port.c重复定义了，因此需要把stm32f1xx_it.c下的函数注释掉。

void PendSV_Handler(void);
void SVC_Handler(void);

由于 FreeRTOS 需要使用SysTick做计时，所以推荐将 HAL 库的时钟源修改为其他定时器。

接着，配置stm32f1xx_it.c文件的SysTick_Handler函数供 FreeRTOS 使用，如下所示。

注意看注释添加程序，不然下次生成会被覆盖删除。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN EV */
extern void xPortSysTickHandler(void);
/* USER CODE END EV */

/**
  * @brief This function handles System tick timer.
  */
void SysTick_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */
    SysTick->CTRL;

    if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED) {
        /* Call tick handler */
        xPortSysTickHandler();
    }
  /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */

  /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */

  /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */
}

应用程序验证

规范一些的话，就新建一套头文件做多线程管理，我比较懒，就直接在main.c做简单测试：

我这里在做了多余的 LED 亮灭是为了判断线程是否创建成功，若是调度器成功启动最后的点亮是不会执行的。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 0 */
void StartDefaultTask(void* argument)
{
    (void)argument;

    while (1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
        vTaskDelay(100);
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        vTaskDelay(100);
    }
}
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    /* 。。。(省略自动生成的程序) */

    /* USER CODE BEGIN 2 */
    HAL_Delay(2000);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(1000);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(1000);
    BaseType_t i = xTaskCreate(StartDefaultTask, "ledTask", 128*4, NULL, 24, NULL);
    if (i == pdPASS)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
    }
    vTaskStartScheduler();
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  /* USER CODE END 2 */
}

CMSIS_V2 移植准备

下载相关源码：

git clone git@github.com:ARM-software/CMSIS_5.git

git clone git@github.com:ARM-software/CMSIS-FreeRTOS.git

CMSIS_V2 移植实践

使用的是 ARM 开源标准版本，与 ST 版本略有不同，但不影响使用。（但推荐使用 ST 版本，对 STM32 支持更好）

若想使用 ST 版本，可以看 ST 的生成模板仓库，直接移植到对应目录做编译配置：https://github.com/STMicroelectronics/STM32CubeF1#

移植

Middlewares\Third_Party\FreeRTOS\Source下新建文件夹 CMSIS_RTOS_V2。
找到下列文件，全部移植到CMSIS_RTOS_V2文件夹下。
- CMSIS-FreeRTOS\CMSIS\RTOS2\FreeRTOS\Source\cmsis_os2.c
- CMSIS-FreeRTOS\CMSIS\RTOS2\FreeRTOS\Include\freertos_mpool.h
- CMSIS-FreeRTOS\CMSIS\RTOS2\FreeRTOS\Include\freertos_os2.h
- CMSIS_5\CMSIS\RTOS2\Include\cmsis_os2.h
- CMSIS_5\CMSIS\RTOS2\Source\os_systick.c
- CMSIS_5\CMSIS\RTOS2\Source\os_tick.h
打开os_systick.c，找到下面内容注释掉。

// #include "RTE_Components.h"
// #include CMSIS_device_header

编译配置

在根目录的CmakeLists.txt文件中添加以下内容：

set(FreeRTOS_Src
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/croutine.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/event_groups.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/list.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/queue.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/stream_buffer.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/tasks.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/timers.c
    # 添加内容 start
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/CMSIS_RTOS_V2/cmsis_os2.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/CMSIS_RTOS_V2/os_systick.c
    # 添加内容 end
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/portable/MemMang/heap_4.c
    ${CMAKE_SOURCE_DIR}/Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/portable/GCC/ARM_CM3/port.c
)

# Add sources to executable
target_sources(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
    # Add user sources here
    ${FreeRTOS_Src}
    # 添加内容 start
    Core/Src/freertos.c
    # 添加内容 end
)

# Add include paths
target_include_directories(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
    # Add user defined include paths
    Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/include
    Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/portable/GCC/ARM_CM3
    # 添加内容 start
    Middlewares/Third_Party/FreeRTOS/Source/CMSIS_RTOS_V2
    # 添加内容 end
)

验证

为了让目录结构与 STM32CubeMX 生成的尽量一致，我们新建目录Core\Src\freertos.c。

删除 main.c中多余的程序（除头文件和自动生成的配置），添加如下内容：

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "cmsis_os2.h"
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 0 */
void MX_FREERTOS_Init(void);
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    /* 。。。(省略自动生成的程序) */
    /* USER CODE BEGIN 2 */
    osKernelInitialize();
    MX_FREERTOS_Init();
    osKernelStart();
    /* USER CODE END 2 */
}

在 freertos.c中使用 CMSIS_RTOS_V2标准建立线程，命名和 STM32CubeMX 生成的保持一致，并把 FreeRTOS 原生的 API 线程也放在该文件，方便切换添加。

以为我还没有添加其他外设驱动，不进行多任务验证，读者可自行验证。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "main.h"
#include "cmsis_os2.h"

void MX_FREERTOS_Init(void);


osThreadId_t defaultTaskHandle;
const osThreadAttr_t defaultTask_attributes = {
    .name = "defaultTask",
    .stack_size = 128 * 4,
    .priority = (osPriority_t) osPriorityNormal,
  };

void StartDefaultTask(void *argument)
{
    (void)argument;
    while (1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
        vTaskDelay(1000);
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        vTaskDelay(1000);
    }
}

static void LedTask(void* argument)
{
    (void)argument;
    while (1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
        vTaskDelay(300);
        HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        vTaskDelay(300);
    }
}

void MX_FREERTOS_Init(void)
{
    // xTaskCreate(LedTask, "ledTask", 128*2, NULL, 24, NULL);
    defaultTaskHandle = osThreadNew(StartDefaultTask, NULL, &defaultTask_attributes);

}