STM32F411移植FreeRtos教程

原创已于 2022-10-31 13:54:13 修改 · 1.5k 阅读

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#stm32 #单片机 #arm

于 2022-10-28 22:51:57 首次发布

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5.增加freertos源码到keil工程中

5.1增加.c文件到工程：

5.2增加头文件到工程：

6.修改编译问题

7.修改SYSTEM文件和systick中断处理函数

7.1 修改sys.h文件

7.2 修改usart.c文件

7.3 修改delay.c文件

7.3 修改SysTick_Handler中断处理函数

7.修改main文件，创建freertos任务

1.第一步准备好基础工程

准备好基础工程，并且编译通过，这里使用正点原子STM32F411提供的“F411_标准例程-寄存器版本“中的”实验4 串口通信实验“为基础。

2.软件仿真相关设置

通过菜单project->Options for target，打开工程设置

修改外部时钟频率为8M：

设置软件仿真，初始化文件，以及STM32F411RC对应的调试DLL

说明：

1.选择Use Simulator可以直接使用软件仿真，不需要硬件单板。

2.设置Initialization File是为.\DebugConfig\debug.ini，是为了避免出现

*** error 65: access violation at 0x40023800 : no 'read' permission错误。

对应文件内容为：

map 0x40000000, 0x40007FFF read write // APB1
map 0x40010000, 0x400157FF read write // APB2
map 0x40020000, 0x4007FFFF read write // AHB1
map 0x50000000, 0x50060BFF read write // AHB2
map 0x60000000, 0x60000FFF read write // AHB3
map 0xE0000000, 0xE00FFFFF read write // CORTEX-M4 internal peripherals

3.设置调试dll和参数，调试dll为DARMSTM.DLL，Parameter根据需要仿真的硬件单板来填。

3.软件仿真环境，printf重定向

3.1修改部分仿真环境下死循环问题

在仿真环境下，设置时钟为HSE后，等待HSE READY一直等不到，具体原因不晓得。

修改的办法就是增加一个宏隔离，在#ifndef SIM情况下，不用死等。

3.2修改printf仿真环境下无法输出问题

主要参考教材：(4条消息) MDK下仿真实现printf功能_mytt2013的博客-优快云博客_mdk中printf

基于原工程，只需要修改一个函数：

//重定义fputc函数 
int fputc(int ch, FILE *f)
{
#ifdef SIM //仿真环境下printf重定向
	return ITM_SendChar(ch);
#else	
	while((USART1->SR&0X40)==0);//循环发送,直到发送完毕   
	USART1->DR = (u8) ch;      
	return ch;
#endif
}

另外还有一个教程，是使用微库的版本，也可以参考：printf系列教程01_UART打印输出配置，基于STM32（Keil、IAR）_strongerHuang的博客-优快云博客

4.移植FreeRtos源码

主要过程参考：(4条消息) FreeRTOS在STM32F4上移植_Zach_z的博客-优快云博客

4.1 拷贝文件

1.在测试工程中建立两个文件夹，分别为Freertos_core和Freertos_port,

2.拷贝freertosv9.0.0\FreeRTOS\Source公共源码到工程目录Freertos_core下：

拷贝source目录下所有文件，除了portable文件到工程目录的Freertos_core目录下：

3.拷贝FreeRtos架构相关源码到工程目录Freertos_port下：

拷贝：FreeRTOS\Source\portable\MemMang\heap_4.c

拷贝：\freertosv9.0.0\FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM4F 下所有文件

另外，还需要一个FreeRTOSConfig.h，由于我们单板是STM32F411，所以选择FreeRTOS\Demo\CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK工程下的文件，将该文件拷贝到freertos_stm32f411\Freertos_port\include目录，拷贝后的文件结构：

5.增加freertos源码到keil工程中

5.1增加.c文件到工程：

打开keil工程，点击Manager Project item，增加

增加Group，并增加文件到Group后的状态：

点击OK后，可以看到工程中，已经增加了FreeRtos相关源码：

5.2增加头文件到工程：

点击Project->Options for "Target 1"

在C/C++选项卡中，增加相关头文件：

增加Freertos头文件后如图：

6.修改编译问题

1.修改SystemCoreClock条件编译，

Freertos_port\include\FreeRTOSConfig.h中

#ifdef __ICCARM__
	#include <stdint.h>
	extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif

修改为

#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) ||defined(__GUNC__)
	#include <stdint.h>
	extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif

2.重定义函数处理

PendSV_Handler，SVC_Handler ，SysTick_Handler三个函数有重复定义：

注释掉SYSTEM\delay\delay.c中的PendSV_Handler和SVC_Handler定义，

注释掉include\FreeRTOSConfig.h中的#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler

3.关闭钩子函数

复制过来的FreeRTOSConfig.h文件中默认开启了一些钩子函数，都是以Hook结尾，但并未定义，在FreeRTOSConfig.h中把configUSE_IDLE_HOOK、configUSE_TICK_HOOK、configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW和configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK的宏定义改为0

至此，应该能编译通过了。

7.修改SYSTEM文件和systick中断处理函数

因为原子的SYSTEM文件夹是针对UCOS编写的，所以要进行对应的修改

7.1 修改sys.h文件

把宏定义SYSTEM_SUPPORT_OS改为1即可，要支持OS，UCOS也一样的

//0,不支持os
//1,支持os
#define SYSTEM_SUPPORT_OS       1       //定义系统文件夹是否支持OS

调试过程中发现直接定义SYSTEM_SUPPORT_OS宏，更好一些，避免有些文件没有包含sys.h，导致一些异常难以发现。所以这里可以直接把这行去掉，然后在宏里面定义。

7.2 修改usart.c文件

打开SYSTEM文件夹下usart.c文件，添加FreeRTOS.h头文件

#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "FreeRTOS.h"                   //FreeRtos   
#endif

USART1的中断服务函数在使用UCOS时进出中断添加OSIntEnter()与OSIntExit(),使用FreeRTOS则不需要，故注释掉

//串口1中断服务程序
void USART1_IRQHandler(void)                    
{ 
    u32 timeout=0;
    u32 maxDelay=0x1FFFF;
//#if SYSTEM_SUPPORT_OS     //使用OS
//  OSIntEnter();    
//#endif

    HAL_UART_IRQHandler(&UART1_Handler);    //调用HAL库中断处理公用函数

    timeout=0;
    while (HAL_UART_GetState(&UART1_Handler) != HAL_UART_STATE_READY)//等待就绪
    {
     timeout++;////超时处理
     if(timeout>maxDelay) break;        

    }

    timeout=0;
    while(HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, (u8 *)aRxBuffer, RXBUFFERSIZE) != HAL_OK)//一次处理完成之后，重新开启中断并设置RxXferCount为1
    {
     timeout++; //超时处理
     if(timeout>maxDelay) break;    
    }
//#if SYSTEM_SUPPORT_OS     //使用OS
//  OSIntExit();                                             
//#endif
}

7.3 修改delay.c文件

使用以下代码：

#include "delay.h"
#include "sys.h"
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 	 
//如果需要使用OS,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "FreeRTOS.h"					//freertos 使用	  
#include "task.h"
#endif

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  

static u32 fac_us=0;							//us延时倍乘数

#if SYSTEM_SUPPORT_OS		
    static u16 fac_ms=0;				        //ms延时倍乘数,在os下,代表每个节拍的ms数
#endif
		   
//初始化延迟函数
//当使用ucos的时候,此函数会初始化ucos的时钟节拍
//SYSTICK的时钟固定为AHB时钟
//SYSCLK:系统时钟频率
void delay_init(u8 SYSCLK)
{
#if SYSTEM_SUPPORT_OS 						//如果需要支持OS.
	u32 reload;
#endif
    HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);//SysTick频率为HCLK
	fac_us=SYSCLK;						//不论是否使用OS,fac_us都需要使用
#if SYSTEM_SUPPORT_OS 						//如果需要支持OS.
	reload=SYSCLK;					    //每秒钟的计数次数 单位为K	   
	reload*=1000000/configTICK_RATE_HZ;	//根据configTICK_RATE_HZ设定溢出时间
											//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合0.233s左右	
	fac_ms=1000/configTICK_RATE_HZ;		//代表OS可以延时的最少单位	   
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;//开启SYSTICK中断
	SysTick->LOAD=reload; 					//每1/OS_TICKS_PER_SEC秒中断一次	
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启SYSTICK
#else
#endif
}	


#if SYSTEM_SUPPORT_OS 						//如果需要支持OS.
//延时nus
//nus:要延时的us数.  
//nus:0~190887435(最大值即2^32/fac_us@fac_us=22.5)                                        
void delay_us(u32 nus)
{       
    u32 ticks;
    u32 told,tnow,tcnt=0;
    u32 reload=SysTick->LOAD;               //LOAD的值             
    ticks=nus*fac_us;                       //需要的节拍数 
    told=SysTick->VAL;                      //刚进入时的计数器值
    while(1)
    {
        tnow=SysTick->VAL;  
        if(tnow!=told)
        {       
            if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;   //这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
            else tcnt+=reload-tnow+told;        
            told=tnow;
            if(tcnt>=ticks)break;           //时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
        }  
    };                                      
}  

//延时nms,会引起任务调度
//nms:要延时的ms数
//nms:0~65535
void delay_ms(u32 nms)
{   
    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
    {       
        if(nms>=fac_ms)                     //延时的时间大于OS的最少时间周期 
        { 
            vTaskDelay(nms/fac_ms);         //FreeRTOS延时
        }
        nms%=fac_ms;                        //OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时    
    }
    delay_us((u32)(nms*1000));              //普通方式延时
}

//延时nms,不会引起任务调度
//nms:要延时的ms数
void delay_xms(u32 nms)
{
    u32 i;
    for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
}

#else  //不用ucos时

//延时nus
//nus为要延时的us数.	
//nus:0~190887435(最大值即2^32/fac_us@fac_us=22.5)	 
void delay_us(u32 nus)
{		
	u32 ticks;
	u32 told,tnow,tcnt=0;
	u32 reload=SysTick->LOAD;				//LOAD的值	    	 
	ticks=nus*fac_us; 						//需要的节拍数 
	told=SysTick->VAL;        				//刚进入时的计数器值
	while(1)
	{
		tnow=SysTick->VAL;	
		if(tnow!=told)
		{	    
			if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;	//这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
			else tcnt+=reload-tnow+told;	    
			told=tnow;
			if(tcnt>=ticks)break;			//时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
		}  
	};
}

//延时nms
//nms:要延时的ms数
void delay_ms(u32 nms)
{
	u32 i;
	for(i=0;i<nms;i++) delay_us(1000);
}
#endif

7.3 修改SysTick_Handler中断处理函数

使用以下代码：

#ifdef SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "FreeRTOS.h"					//freertos 使用	  
#include "task.h"
extern void xPortSysTickHandler(void);
//systick中断服务函数,使用OS时用到
void SysTick_Handler(void)
{  
    if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
    {
        xPortSysTickHandler();  
    }
    HAL_IncTick();
}
#else
void SysTick_Handler(void)
{
  HAL_IncTick();
}
#endif

7.修改main文件，创建freertos任务

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "beep.h" 
#include "key.h"

/************************************************
 ALIENTEK NANO板STM32F4开发板实验4
 串口通信实验-HAL库版本
 技术支持：www.openedv.com
 淘宝店铺：http://eboard.taobao.com 
 关注微信公众平台微信号："正点原子"，免费获取STM32资料。
 广州市星翼电子科技有限公司  
 作者：正点原子 @ALIENTEK
************************************************/

//说明，在工程宏定义中增加SYSTEM_SUPPORT_OS定义，则编译出来版本就是freertos创建任务的版本。否则就是普通的裸机版本。
#ifdef SYSTEM_SUPPORT_OS 

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "timers.h"
#include "semphr.h"


//500ms LED1灯状态翻转一次
static void led1Task( void * pvParameters )
{
  u8 len;	
  while(1)
  {
	if(USART_RX_STA&0x8000)
	{					   
		len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
		printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");
		HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000);	//发送接收到的数据
		while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)!=SET);		//等待发送结束
		printf("\r\n\r\n");//插入换行
		USART_RX_STA=0;
	}
    vTaskDelay(1);
  }
}
//1000ms LED2灯状态翻转一次
static void led2Task( void * pvParameters )
{
  u32 times=0; 
  while(1)
  {
	if(times%5000==0)
	{
		printf("\r\nALIENTEK NANO STM32开发板 Freertos串口实验\r\n");
		printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n\r\n");
	}
	times++;
	if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n");  
	if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
	vTaskDelay(10);
  }
}


void startTasks(void)
{
  xTaskCreate(led1Task,"LED1",256,NULL,100,(TaskHandle_t *)NULL);
  xTaskCreate(led2Task,"LED2",256,NULL,101,(TaskHandle_t *)NULL);
    
  /* 启动任务调度器. */
  vTaskStartScheduler();   
  
}
#else
void startTasks(void)
{
	u8 len;	
	u32 times=0; 

	while(1)
	{
	    if(USART_RX_STA&0x8000)
		{					   
			len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
			printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");
			HAL_UART_Transmit(&UART1_Handler,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000);	//发送接收到的数据
			while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UART1_Handler,UART_FLAG_TC)!=SET);		//等待发送结束
			printf("\r\n\r\n");//插入换行
			USART_RX_STA=0;
		}else
		{
			if(times%5000==0)
			{
				printf("\r\nALIENTEK NANO STM32开发板 裸机串口实验\r\n");
				printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n\r\n");
			}
			times++;
			if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n");  
			if(times%30==0)LED0=!LED0;//闪烁LED,提示系统正在运行.
			delay_ms(10);   
		} 
		
	}
}
#endif

int main(void)
{
    HAL_Init();                    	//初始化HAL库    
    Stm32_Clock_Init(96,4,2,4);     //设置时钟,96Mhz
    delay_init(96);                 //初始化延时函数
    LED_Init();                     //初始化LED 
	uart_init(115200);				//初始化串口115200
	
	startTasks();

}

其他参考文章：

2、STM32F407移植FreeRTOS步骤_nandycooh的博客-优快云博客_stm32f407移植freertos

FreeRTOS的移植与初步使用_不吃鱼的猫丿的博客-优快云博客