stm32f103 移植 rt-thread

一、RT-Thread Nano 简介

RT-Thread Nano 是一个极简版的硬实时内核，它是由 C 语言开发，采用面向对象的编程思维，具有良好的代码风格，是一款可裁剪的、抢占式实时多任务的 RTOS。其内存资源占用极小，功能包括任务处理、软件定时器、信号量、邮箱和实时调度等相对完整的实时操作系统特性。适用于家电、消费电子、医疗设备、工控等领域大量使用的 32 位 ARM 入门级 MCU 的场合。

下图是 RT-Thread Nano 的软件框图，包含支持的 CPU 架构与内核源码，还有可拆卸的 FinSH 组件：

支持架构：ARM：Cortex M0/ M3/ M4/ M7 等、RISC-V 及其他。

功能：线程管理、线程间同步与通信、时钟管理、中断管理、内存管理。

二、Nano Pack 安装

选择手动安装，我们可以从官网下载安装文件，RT-Thread Nano 离线安装包下载，下载结束后双击文件进行安装：

三、添加 RT-Thread Nano 到工程

准备一个使用hal库的裸机程序，我买的正点原子的stm32f103开发板子，所以用的正点原子第一个点灯程序， 打开已经准备好的可以运行的裸机程序，将 RT-Thread 添加到工程。如下图，点击 Manage Run-Time Environment。

在 Manage Rum-Time Environment 里 “Software Component” 栏找到 RTOS，Variant 栏选择 RT-Thread，然后勾选 kernel，点击 “OK” 就添加 RT-Thread 内核到工程了。

现在可以在 Project 看到 RT-Thread RTOS 已经添加进来了，展开 RTOS，可以看到添加到工程的文件：

这时候去编译工程，会出现编译错误，因为我们还没有去适配 RT-Thread Nano，接下来就是板子适配RT-Thread Nano了。

四、适配 RT-Thread Nano

4.1、中断与异常处理
RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler()，这两个函数已由 RT-Thread 实现，所以需要删除工程里中断服务例程文件中的这两个函数，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

4.2、系统时钟配置
需要在 board.c 中实现 系统时钟配置（为 MCU、外设提供工作时钟）与 os tick 的配置（为操作系统提供心跳 / 节拍）。

如下代码所示， HAL_Init() 初始化 HAL 库， SystemClock_Config()配置了系统时钟， SystemCoreClockUpdate() 对系统时钟进行更新，_SysTick_Config() 配置了 OS Tick。此处 OS Tick 使用滴答定时器 systick 实现，需要用户在 board.c 中实现 SysTick_Handler() 中断服务例程，调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() ，如下图所示。


由于 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现，做了系统 OS Tick，所以还需要删除工程里中原本已经实现的 SysTick_Handler() ，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

4.3、内存堆初始化
系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成，内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启，RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能，这样可以保持一个较小的体积，不用为内存堆开辟空间。

开启系统 heap 将可以使用动态内存功能，如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能，则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可，此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用，如下所示：

初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数，系统中默认使用数组作为 heap，并获取了 heap 的起始地址与结束地址，该数组大小可手动更改，如下所示：

注意：开启 heap 动态内存功能后，heap 默认值较小，在使用的时候需要改大，否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况，修改方法有以下两种：

可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小，至少大于各个动态申请内存大小之和，但要小于芯片 RAM 总大小。
也可以参考《RT-Thread Nano 移植原理》——实现动态内存堆 章节进行修改，使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址，使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址，这是 heap 能设置的最大值的方法。

五、编写第一个应用

移植好 RT-Thread Nano 之后，则可以开始编写第一个应用代码验证移植结果。此时 main() 函数就转变成 RT-Thread 操作系统的一个线程，现在可以在 main() 函数中实现第一个应用：板载 LED 指示灯闪烁，这里直接基于裸机 LED 指示灯进行修改。

1、首先在文件首部增加 RT-Thread 的相关头文件 <rtthread.h> 。
2、在 main() 函数中（也就是在 main 线程中）实现 LED 闪烁代码：初始化 LED 引脚、在循环中点亮 / 熄灭 LED。
3、将延时函数替换为 RT-Thread 提供的延时函数 rt_thread_mdelay()。该函数会引起系统调度，切换到其他线程运行，体现了线程实时性的特点。

编译程序之后下载到芯片就可以看到基于 RT-Thread 的程序运行起来了，LED 正常闪烁。

注意事项：当添加 RT-Thread 之后，裸机中的 main() 函数会自动变成 RT-Thread 系统中 main 线程 的入口函数。由于线程不能一直独占 CPU，所以此时在 main() 中使用 while(1) 时，需要有让出 CPU 的动作，比如使用 rt_thread_mdelay() 系列的函数让出 CPU。

与裸机 LED 闪烁应用代码的不同：

1). 延时函数不同： RT-Thread 提供的 rt_thread_mdelay() 函数可以引起操作系统进行调度，当调用该函数进行延时时，本线程将不占用 CPU，调度器切换到系统的其他线程开始运行。而裸机的 delay 函数是一直占用 CPU 运行的。

2). 初始化系统时钟的位置不同：移植好 RT-Thread Nano 之后，不需要再在 main() 中做相应的系统配置（如 hal 初始化、时钟初始化等），这是因为 RT-Thread 在系统启动时，已经做好了系统时钟初始化等的配置，这在上一小节 “系统时钟配置” 中有讲解。