FreeRTOS+STM32F103系列--1.移植

—-Done is better than perfect

1.前言

   用了一年多FreeRTOS，感觉还是不能很好的掌握这个系统，可能是自己从来没有认真去研究过它吧！为了不这样含含糊糊的用着，我决定开始深入研究下FreeRTOS，探索它背后的原理，掌握其编程方法，避免其缺陷和陷阱，并将它安全的用在将来的项目中。
先移植个闪灯程序把系统先跑起来，go…

开发板: ALIENTEK战舰STM32开发板
CPU: STM32F103ZET6
FreeRTOS版本： FreeRTOSv9.0.0
编译软件： keil5

2.如何创建一个新的FreeRTOS工程

  参考FreeRTOS官网创建一个新工程http://www.freertos.org/Creating-a-new-FreeRTOS-project.html例子。

• 源文件 .c
  

  最小FreeRTOS只需要包含五个文件，分别是tasks.c、queue.c、list.c、port.c、heap_x.c(x是1，2，3，4，5任意选一个)

• 头文件 .h
  
  需要的头文件路径
  FreeRTOS/Source/include
  FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture].

• 配置文件 FreeRTOSConfig.h
  
  FreeRTOS官网提供了很多平台演示例程，STM32F103的演示例程也提供了，可以根据下面路径，拷贝一份出来：
  FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Demo\CORTEX_STM32F103_Keil\FreeRTOSConfig.h

• 安装中断向量
  
  每个RTOS端口都使用一个定时器生成周期性的滴答中断。许多端口使用额外的中断来管理上下文切换。RTOS端口需要的中断请求由RTOS端口源文件提供。

这个部分很重要，我刚开始移植一直失败，最后找到原因就是这部分没有配置好造成的。
看一下FAQ文档
[Cortex-M users: Information on installing interrupt handers is provided in the “The application I created compiles, but does not run” FAQ]

ARMCortex-M用户需要特别注意：ARM Cortex-M3，ARM Cortex-M4，ARM Cortex-M4F ports需要在SysTick，PenSV和SVCCall中断向量上安装FreeRTOS handlers。向量表可以直接使用FreeRTOS定义的xPortSysTickHandler()、xPortPendSVHandler()和vPortSVCHandler()函数来填充，或者，如果中断向量表是符合CMSIS要求，那么可以将下面的三行添加到FreeRTOSConfig.h将FreeRTOS的函数名映射到它们的CMSIS当量:

#define vPortSVCHandler SVC_Handler
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler

稍后将在启动文件startup_stm32f10x_hd.s做修改

3.STM32需要哪些文件

STM32需要的文件和原来裸机上需要的文件相同。如果做过STM32裸机项目的可以基本照搬过来。

• 库文件： STM32F10x_FWLib
• 启动文件： startup_stm32f10x_hd.s
• CMSIS核心文件： core_cm3.c、core_cm3.h
• system文件： system_stm32f10x.c、system_stm32f10x.h、stm32f10x.h
• 中断相关： stm32f10x_it.c、stm32f10x_it.h

4.Keil工程Blinky

• 项目结构
  ├─CORE (CM3核心文件)
  ├─FreeRTOS (FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Source下所有文件拷贝过来就行了)
  │ ├─include
  │ └─portable （保留Keil、MemMang、RVDS，其他文件夹删除）
  │ ├─Keil
  │ ├─MemMang
  │ └─RVDS
  │ ├─ARM7_LPC21xx
  │ ├─ARM_CA9
  │ ├─ARM_CM0
  │ ├─ARM_CM3
  │ ├─ARM_CM4F
  │ ├─ARM_CM4_MPU
  │ └─ARM_CM7
  │ └─r0p1
  ├─OBJ （目标生成目录）
  ├─PRO （工程目录）
  ├─STM32F10x_FWLib （STM32库函数）
  │ ├─inc
  │ └─src
  └─USER （用户目录）

  • Keil工程结构
    
    STM32库函数文件只用到了gpio、rcc只包含这两个就好了，加快编译

  • Keil包含头文件路径
    

  • 添加编译宏
    STM32F10X_HD,USE_STDPERIPH_DRIVER
    记得添加宏不然一堆错误。

5.修改启动文件 startup_stm32f10x_hd.s

根据Cortex-M3权威指南(中文).pdf中断和异常介绍

   Cortex-M3提供了16个内部异常中断源，前文讲了“ARMCortex-M用户需要特别注意：ARM Cortex-M3，ARM Cortex-M4，ARM Cortex-M4F ports需要在SysTick，PenSV和SVCCall中断向量上安装FreeRTOS handlers”。将启动文件中SysTick，PenSV和SVCCall对应的三个回调函数替换成FreeRTOS提供回调函数。
替换SVC_Handler 为vPortSVCHandler
替换PendSV_Handler为xPortPendSVHandler
替换SysTick_Handler为xPortSysTickHandler
这三个中断处理函数包含在port.c里。

因为这三个函数是引用外部函数所以要先包含进去：

6.代码实现

 程序说明：创建一个任务用来闪烁LED灯。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/* Library includes. */
#include "stm32f10x.h"

void vLED_Init(void)
{

 GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);  //使能PB,PE端口时钟

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;               //LED0-->PB.5 端口配置
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;        //推挽输出
 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;       //IO口速度为50MHz
 GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);                  //根据设定参数初始化GPIOB.5
 GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);                         //PB.5 输出高

 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;               //LED1-->PE.5 端口配置, 推挽输出
 GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);                  //推挽输出 ，IO口速度为50MHz
 GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);                         //PE.5 输出高 
}

void vLed0_task(void *pvParameters)
{
    while(1) {
        GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
        vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
        GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);
        vTaskDelay(500 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

int main(void)
{       
    vLED_Init();

    //创建开始任务
    xTaskCreate(vLed0_task, "led0_task",     configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 3, NULL);

    vTaskStartScheduler();          //开启任务调度

    return 0;
}

编译、下载即可看到LED灯闪烁，最简单的FreeRTOS就移植成功了。

7.总结

   摸索了几个小时终于在STM32上运行起来FreeRTOS了，开始移植老是失败，对比Demo程序也没有发现错误所在，后来研究了下Cortex-M3权威指南(中文).pdf中断向量表介绍再对比了一下移植程序终于知道问题所在，原来是中断向量表没有配置对，配置过后问题迎刃而解。
   FreeRTOS在STM32移植还是比较容易的，如果做过裸机程序直接把工程照搬过来，把FreeRTOS内核拷贝过来，将FreeRTOS源文件和头文件添加到工程中，修改STM32启动文件，工程就顺利跑起来了。
  移植成功了，接下来可以探索它背后的原理了。特意移植了一个最精简的工程，方便后面分析启动原理和代码分析。

【代码链接】

8.参考资料

【FreeRTOS官网】
【Cortex-M3权威指南(中文).pdf】