超詳細的FreeRTOS移植全教程——基於srm32
準備
在移植以前，咱們首先要獲取到FreeRTOS的官方的源碼包。這裏咱們提供兩個下載連接:segmentfault
一個是官網： http://www.freertos.org/
另一個是代碼託管網站： https://sourceforge.net/proje...
這裏咱們演示如何在代碼託管網站裏面下載。打開網站連接以後，咱們選擇FreeRTOS的最新版本V9.0.0（2016年），儘管如今FreeRTOS的版本已經更新到V10.0.1了，可是咱們仍是選擇V9.0.0，由於內核很穩定，而且網上資料不少，由於V10.0.0版本以後是亞馬遜收購了FreeRTOS以後纔出來的版本，主要添加了一些雲端組件，咱們本書所講的FreeRTOS是實時內核，採用V9.0.0版本足以。安全
簡單介紹FreeRTOS
FreeRTOS包含Demo例程和內核源碼（比較重要，咱們就須要提取該目錄下的大部分文件）。
Source文件夾裏面包含的是FreeRTOS內核的源代碼，咱們移植FreeRTOS的時候就須要這部分源代碼；
Demo 文件夾裏面包含了FreeRTOS官方爲各個單片機移植好的工程代碼，FreeRTOS爲了推廣本身，會給各類半導體廠商的評估板寫好完整的工程程序，這些程序就放在Demo這個目錄下，這部分Demo很是有參考價值。
架構
Source文件夾
這裏咱們再重點分析下FreeRTOS/ Source文件夾下的文件，①和③包含的是FreeRTOS的通用的頭文件和C文件，這兩部分的文件試用於各類編譯器和處理器，是通用的。須要移植的頭文件和C文件放在②portblle這個文件夾。
less
portblle文件夾，是與編譯器相關的文件夾，在不一樣的編譯器中使用不一樣的支持文件。①中的KEIL就是咱們就是咱們使用的編譯器，其實KEIL裏面的內容跟RVDS裏面的內容同樣，因此咱們只須要③RVDS文件夾裏面的內容便可，裏面包含了各類處理器相關的文件夾，從文件夾的名字咱們就很是熟悉了，咱們學習的STM32有M0、M三、M4等各類系列，FreeRTOS是一個軟件，單片機是一個硬件，FreeRTOS要想運行在一個單片機上面，它們就必須關聯在一塊兒。MemMang文件夾下存放的是跟內存管理相關的源文件。
函數
移植過程
提取源碼
- 首先在咱們的STM32裸機工程模板根目錄下新建一個文件夾，命名爲「FreeRTOS」，而且在FreeRTOS文件夾下新建兩個空文件夾，分別命名爲「src」與「port」，src文件夾用於保存FreeRTOS中的核心源文件，也就是咱們常說的‘.c文件’，port文件夾用於保存內存管理以及處理器架構相關代碼，這些代碼FreeRTOS官方已經提供給咱們的，直接使用便可，在前面已經說了，FreeRTOS是軟件，咱們的開發版是硬件，軟硬件必須有橋樑來鏈接，這些與處理器架構相關的代碼，能夠稱之爲RTOS硬件接口層，它們位於FreeRTOS/Source/Portable文件夾下。
- 打開FreeRTOS V9.0.0源碼，在「FreeRTOSv9.0.0FreeRTOSSource」目錄下找到全部的‘.c文件’，將它們拷貝到咱們新建的src文件夾中，
- 打開FreeRTOS V9.0.0源碼，在「FreeRTOSv9.0.0FreeRTOSSourceportable」目錄下找到「MemMang」文件夾與「RVDS」文件夾，將它們拷貝到咱們新建的port文件夾中
- 打開FreeRTOS V9.0.0源碼，在「FreeRTOSv9.0.0 FreeRTOSSource」目錄下找到「include」文件夾，它是咱們須要用到FreeRTOS的一些頭文件，將它直接拷貝到咱們新建的FreeRTOS文件夾中，完成這一步以後就能夠看到咱們新建的FreeRTOS文件夾已經有3個文件夾，這3個文件夾就包含FreeRTOS的核心文件，至此，FreeRTOS的源碼就提取完成。
添加到工程
添加FreeRTOSConfig.h文件
FreeRTOSConfig.h文件是FreeRTOS的工程配置文件，由於FreeRTOS是能夠裁剪的實時操做內核，應用於不一樣的處理器平臺，用戶能夠經過修改這個FreeRTOS內核的配置頭文件來裁剪FreeRTOS的功能，因此咱們把它拷貝一份放在user這個文件夾下面。
打開FreeRTOSv9.0.0源碼，在「FreeRTOSv9.0.0FreeRTOSDemo」文件夾下面找到「CORTEX_STM32F103_Keil」這個文件夾，雙擊打開，在其根目錄下找到這個「FreeRTOSConfig.h」文件，而後拷貝到咱們工程的user文件夾下便可，等下咱們須要對這個文件進行修改。學習
建立工程分組
接下來咱們在mdk裏面新建FreeRTOS/src和FreeRTOS/port兩個組文件夾，其中FreeRTOS/src用於存放src文件夾的內容，FreeRTOS/port用於存放portMemMang文件夾 與portRVDSARM_CM3文件夾的內容。
而後咱們將工程文件中FreeRTOS的內容添加到工程中去，按照已經新建的分組添加咱們的FreeRTOS工程源碼。
在FreeRTOS/port分組中添加MemMang文件夾中的文件只需選擇其中一個便可，咱們選擇「heap_4.c」，這是FreeRTOS的一個內存管理源碼文件。
添加完成後：網站
添加頭文件路徑
FreeRTOS的源碼已經添加到開發環境的組文件夾下面，編譯的時候須要爲這些源文件指定頭文件的路徑，否則編譯會報錯。FreeRTOS的源碼裏面只有FreeRTOSinclude和FreeRTOSportRVDSARM_CM3這兩個文件夾下面有頭文件，只須要將這兩個頭文件的路徑在開發環境裏面指定便可。同時咱們還將FreeRTOSConfig.h這個頭文件拷貝到了工程根目錄下的user文件夾下，因此user的路徑也要加到開發環境裏面。
ui
修改FreeRTOSConfig.h
FreeRTOSConfig.h是直接從demo文件夾下面拷貝過來的，該頭文件對裁剪整個FreeRTOS所需的功能的宏均作了定義，有些宏定義被使能，有些宏定義被失能，一開始咱們只須要配置最簡單的功能便可。要想爲所欲爲的配置FreeRTOS的功能，咱們必須對這些宏定義的功能有所掌握，下面咱們先簡單的介紹下這些宏定義的含義，而後再對這些宏定義進行修改。spa
#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h"
//針對不一樣的編譯器調用不一樣的stdint.h文件
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif
//斷言
#define vAssertCalled(char,int) printf("Error:%s,%d\r\n",char,int)
#define configASSERT(x) if((x)==0) vAssertCalled(__FILE__,__LINE__)
/************************************************************************
* FreeRTOS基礎配置配置選項
*********************************************************************/
/* 置1：RTOS使用搶佔式調度器；置0：RTOS使用協做式調度器（時間片）
*
* 注：在多任務管理機制上，操做系統能夠分爲搶佔式和協做式兩種。
* 協做式操做系統是任務主動釋放CPU後，切換到下一個任務。
* 任務切換的時機徹底取決於正在運行的任務。
*/
#define configUSE_PREEMPTION 1
//1使能時間片調度(默認式使能的)
#define configUSE_TIME_SLICING 1
/* 某些運行FreeRTOS的硬件有兩種方法選擇下一個要執行的任務：
* 通用方法和特定於硬件的方法（如下簡稱「特殊方法」）。
*
* 通用方法：
* 1.configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 爲 0 或者硬件不支持這種特殊方法。
* 2.能夠用於全部FreeRTOS支持的硬件
* 3.徹底用C實現，效率略低於特殊方法。
* 4.不強制要求限制最大可用優先級數目
* 特殊方法：
* 1.必須將configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION設置爲1。
* 2.依賴一個或多個特定架構的彙編指令（通常是相似計算前導零[CLZ]指令）。
* 3.比通用方法更高效
* 4.通常強制限定最大可用優先級數目爲32
* 通常是硬件計算前導零指令，若是所使用的，MCU沒有這些硬件指令的話此宏應該設置爲0！
*/
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1
/* 置1：使能低功耗tickless模式；置0：保持系統節拍（tick）中斷一直運行
* 假設開啓低功耗的話可能會致使下載出現問題，由於程序在睡眠中,可用如下辦法解決
*
* 下載方法：
* 1.將開發版正常鏈接好
* 2.按住復位按鍵，點擊下載瞬間鬆開復位按鍵
*
* 1.經過跳線帽將 BOOT 0 接高電平(3.3V)
* 2.從新上電，下載
*
* 1.使用FlyMcu擦除一下芯片，而後進行下載
* STMISP -> 清除芯片(z)
*/
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 0
/*
* 寫入實際的CPU內核時鐘頻率，也就是CPU指令執行頻率，一般稱爲Fclk
* Fclk爲供給CPU內核的時鐘信號，咱們所說的cpu主頻爲 XX MHz，
* 就是指的這個時鐘信號，相應的，1/Fclk即爲cpu時鐘週期；
*/
#define configCPU_CLOCK_HZ (SystemCoreClock)
//RTOS系統節拍中斷的頻率。即一秒中斷的次數，每次中斷RTOS都會進行任務調度
#define configTICK_RATE_HZ (( TickType_t )1000)
//可以使用的最大優先級
#define configMAX_PRIORITIES (32)
//空閒任務使用的堆棧大小
#define configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned short)128)
//任務名字字符串長度
#define configMAX_TASK_NAME_LEN (16)
//系統節拍計數器變量數據類型，1表示爲16位無符號整形，0表示爲32位無符號整形
#define configUSE_16_BIT_TICKS 0
//空閒任務放棄CPU使用權給其餘同優先級的用戶任務
#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1
//啓用隊列
#define configUSE_QUEUE_SETS 1
//開啓任務通知功能，默認開啓
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1
//使用互斥信號量
#define configUSE_MUTEXES 1
//使用遞歸互斥信號量
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1
//爲1時使用計數信號量
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1
/* 設置能夠註冊的信號量和消息隊列個數 */
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 10
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0
/*****************************************************************
FreeRTOS與內存申請有關配置選項
*****************************************************************/
//支持動態內存申請
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1
//支持靜態內存
#define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 0
//系統全部總的堆大小
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(36*1024))
/***************************************************************
FreeRTOS與鉤子函數有關的配置選項
**************************************************************/
/* 置1：使用空閒鉤子（Idle Hook相似於回調函數）；置0：忽略空閒鉤子
*
* 空閒任務鉤子是一個函數，這個函數由用戶來實現，
* FreeRTOS規定了函數的名字和參數：void vApplicationIdleHook(void )，
* 這個函數在每一個空閒任務週期都會被調用
* 對於已經刪除的RTOS任務，空閒任務能夠釋放分配給它們的堆棧內存。
* 所以必須保證空閒任務能夠被CPU執行
* 使用空閒鉤子函數設置CPU進入省電模式是很常見的
* 不能夠調用會引發空閒任務阻塞的API函數
*/
#define configUSE_IDLE_HOOK 0
/* 置1：使用時間片鉤子（Tick Hook）；置0：忽略時間片鉤子
*
*
* 時間片鉤子是一個函數，這個函數由用戶來實現，
* FreeRTOS規定了函數的名字和參數：void vApplicationTickHook(void )
* 時間片中斷能夠週期性的調用
* 函數必須很是短小，不能大量使用堆棧，
* 不能調用以」FromISR" 或 "FROM_ISR」結尾的API函數
*/
/*xTaskIncrementTick函數是在xPortSysTickHandler中斷函數中被調用的。所以，vApplicationTickHook()函數執行的時間必須很短才行*/
#define configUSE_TICK_HOOK 0
//使用內存申請失敗鉤子函數
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0
/*
* 大於0時啓用堆棧溢出檢測功能，若是使用此功能
* 用戶必須提供一個棧溢出鉤子函數，若是使用的話
* 此值能夠爲1或者2，由於有兩種棧溢出檢測方法 */
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0
/********************************************************************
FreeRTOS與運行時間和任務狀態收集有關的配置選項
**********************************************************************/
//啓用運行時間統計功能
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 0
//啓用可視化跟蹤調試
#define configUSE_TRACE_FACILITY 0
/* 與宏configUSE_TRACE_FACILITY同時爲1時會編譯下面3個函數
* prvWriteNameToBuffer()
* vTaskList(),
* vTaskGetRunTimeStats()
*/
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1
/********************************************************************
FreeRTOS與協程有關的配置選項
*********************************************************************/
//啓用協程，啓用協程之後必須添加文件croutine.c
#define configUSE_CO_ROUTINES 0
//協程的有效優先級數目
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 2 )
/***********************************************************************
FreeRTOS與軟件定時器有關的配置選項
**********************************************************************/
//啓用軟件定時器
#define configUSE_TIMERS 1
//軟件定時器優先級
#define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES-1)
//軟件定時器隊列長度
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 10
//軟件定時器任務堆棧大小
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE*2)
/************************************************************
FreeRTOS可選函數配置選項
************************************************************/
#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 1
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1
#define INCLUDE_vTaskDelete 1
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources 1
#define INCLUDE_vTaskSuspend 1
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil 1
#define INCLUDE_vTaskDelay 1
#define INCLUDE_eTaskGetState 1
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 1
//#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 1
//#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 0
//#define INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle 0
/******************************************************************
FreeRTOS與中斷有關的配置選項
******************************************************************/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
#define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS
#else
#define configPRIO_BITS 4
#endif
//中斷最低優先級
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15
//系統可管理的最高中斷優先級
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) ) /* 240 */
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
/****************************************************************
FreeRTOS與中斷服務函數有關的配置選項
****************************************************************/
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler SVC_Handler
/* 如下爲使用Percepio Tracealyzer須要的東西，不須要時將 configUSE_TRACE_FACILITY 定義爲 0 */
#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
#include "trcRecorder.h"
#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle 1 // 啓用一個可選函數（該函數被 Trace源碼使用，默認該值爲0 表示不用）
#endif
#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */
修改stm32f10x_it.c
SysTick中斷服務函數是一個很是重要的函數，FreeRTOS全部跟時間相關的事情都在裏面處理，SysTick就是FreeRTOS的一個心跳時鐘，驅動着FreeRTOS的運行，就像人的心跳同樣，假如沒有心跳，咱們就至關於「死了」，一樣的，FreeRTOS沒有了心跳，那麼它就會卡死在某個地方，不能進行任務調度，不能運行任何的東西，所以咱們須要實現一個FreeRTOS的心跳時鐘，FreeRTOS幫咱們實現了SysTick的啓動的配置：在port.c文件中已經實現vPortSetupTimerInterrupt()函數，而且FreeRTOS通用的SysTick中斷服務函數也實現了：在port.c文件中已經實現xPortSysTickHandler()函數，因此移植的時候只須要咱們在stm32f10x_it.c文件中實現咱們對應（STM32）平臺上的SysTick_Handler()函數便可。FreeRTOS爲開發者考慮得特別多，PendSV_Handler()與SVC_Handler()這兩個很重要的函數都幫咱們實現了，在在port.c文件中已經實現xPortPendSVHandler()與vPortSVCHandler()函數，防止咱們本身實現不了，那麼在stm32f10x_it.c中就須要咱們註釋掉PendSV_Handler()與SVC_Handler()這兩個函數了。操作系統
//void SVC_Handler(void)
//{
//}
//void PendSV_Handler(void)
//{
//}
extern void xPortSysTickHandler(void);
//systick中斷服務函數
void SysTick_Handler(void)
{
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 )
if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)
{
#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
xPortSysTickHandler();
#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState == 1 )
}
#endif /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
}
建立任務
這裏，咱們建立一個單任務，任務使用的棧和任務控制塊是在建立任務的時候FreeRTOS動態分配的。
任務必須是一個死循環，不然任務將經過LR返回，若是LR指向了非法的內存就會產生HardFault_Handler，而FreeRTOS指向一個死循環，那麼任務返回以後就在死循環中執行，這樣子的任務是不安全的，因此避免這種狀況，任務通常都是死循環而且無返回值的。
而且每一個任務循環主體中應該有阻塞任務的函數，不然就會餓死比它優先級更低的任務！！！
/* FreeRTOS頭文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* 開發板硬件bsp頭文件 */
#include "bsp_led.h"
static void AppTaskCreate(void);/* AppTask任務 */
/* 建立任務句柄 */
static TaskHandle_t AppTask_Handle = NULL;
int main(void)
{
BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定義一個建立信息返回值，默認爲pdPASS */
/* 開發板硬件初始化 */
BSP_Init();
/* 建立AppTaskCreate任務 */
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )AppTask, /* 任務入口函數 */
(const char* )"AppTask",/* 任務名字 */
(uint16_t )512, /* 任務棧大小 */
(void* )NULL,/* 任務入口函數參數 */
(UBaseType_t )1, /* 任務的優先級 */
(TaskHandle_t* )&AppTask_Handle);/* 任務控制塊指針 */
/* 啓動任務調度 */
if(pdPASS == xReturn)
vTaskStartScheduler(); /* 啓動任務，開啓調度 */
else
return -1;
while(1); /* 正常不會執行到這裏 */
}
static void AppTask(void* parameter)
{
while (1)
{
LED1_ON;
vTaskDelay(500); /* 延時500個tick */
LED1_OFF;
vTaskDelay(500); /* 延時500個tick */
}
}
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