在ZYNQ上使用FreeRTOS

本文介绍在嵌入式领域中使用FreeRTOS实时操作系统的优势,详细讲解了在ZYNQ平台上从硬件环境搭建到软件开发的全过程,包括使用Vivado创建硬件设计、配置FreeRTOS并实现helloworld程序。

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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是一个迷你的实时操作系统内核。作为一个轻量级的操作系统,功能包括:任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等,可基本满足较小系统的需要。
由于RTOS需占用一定的系统资源(尤其是RAM资源),只有μC/OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少数实时操作系统能在小RAM单片机上运行。相对μC/OS-II、embOS等商业操作系统,FreeRTOS操作系统是完全免费的操作系统,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,其最新版本为10.1.0版。
同样在ZYNQ上面也可以开发FreeRTOS的项目,其Xilinx SDK上自带FreeRTOS板级支持包,下面就创建一个hello world程序来说面说明如何搭建FreeRTOS实时操作系统运行环境。

1.使用vivado搭建硬件环境

本次工程使用vivado2017.4版本,使用米联客的Miz702开发板进行测试,

首先打开vivado,新建一个工程,我选择的器件是XC7Z020CLG484-1,

然后create block design->添加一个ZYNQ7 Processing System的IP,添加相关的硬件,本工程只需添加DDR和UART即可;

接下来Run Implementation综合工程;

file->Export->Export Hardware…导出硬件;

Launch SDK调用SDK;

2.SDK软件的操作

首先新建一个工程Freertos_Test0, OS Platform选择freertos,点击Next, Available Templates选择FreeRTOS Hello World,点击finIshmael;

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

3.打开SDK Terminal,连接开发板的串口,波特率115200bps,8bit数据位,无奇偶校验位点击RUN,SDK Terminal出现以下信息则表示运行成功。

在这里插入图片描述

### 移植FreeRTOSZynq-7020平台 #### 理解目标硬件架构 对于在Zynq-7020平台上成功移植FreeRTOS,理解其硬件特性至关重要。ZYNQ 7000系列采用的是AMR CortexA9 CPU,在准备移植工作前需熟悉此处理器的基本结构与配置[^2]。 #### 准备必要的开发环境 确保拥有适合的工具链来编译适用于ARM Cortex-A9的目标代码,并获取或创建针对Zynq-7020的具体BSP(Board Support Package)。这通常包含了启动加载程序、设备驱动以及任何特定于板级的支持库。 #### 修改`portable.h`文件中的定义 实际需要调整的部分已经在`portable.h`头文件中有说明;这些部分涉及到了一些关键性的宏定义和函数接口,它们用于适配不同的微控制器架构。根据所使用的具体型号及需求完成相应的修改即可[^3]。 #### 配置FreeRTOS设置 通过编辑`FreeRTOSConfig.h`可以定制化调度算法的行为参数和其他选项,比如最大优先级数量、堆栈大小等重要属性。这部分配置直接影响着系统的性能表现及其资源利用率。 #### 实现底层支持功能 除了上述提及的内容外,还需要提供几个重要的服务给FreeRTOS使用,例如初始化定时器中断源以供Tick计数机制调用,编写上下文切换汇编代码片段以便高效地保存恢复寄存器状态等等。 #### 测试验证移植成果 最后一步就是构建整个项目并下载至目标板卡运行起来测试效果了。可以从简单的例子开始尝试,像Echo Server或是Hello World这样的演示案例有助于确认基本功能是否正常运作[^1]。 ```c // 示例:简单的心跳LED闪烁任务 void vStartToggleLedTask(void){ const TickType_t xDelay = pdMS_TO_TICKS(500); // 定义延迟时间 while (true) { GPIO_ToggleOutputPin(LED_PORT, LED_PIN); vTaskDelay(xDelay); } } ```
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