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开放原子训练营(第四季)TobudOS——TobudOS内核移植(keil版)

开放原子训练营(第四季)TobudOS——TobudOS内核移植(keil版)

前言

12月份参加了开放原第四季线下活动,觉得很有意义。通过这篇博文,记录一下这次活动进行的移植TobudOS内核的过程,下面就让我们开始吧。

开发板介绍

本次使用的开发板型号为STM32H750,当然了,其他型号的开发版也是可以的,只要是支持 ARM Cortex M 核芯片的都是可以的,移植方法都是类似的。

环境准备

2.1 STM32CubeMX

STM32CubeMX是ST公司推出的一种自动创建单片机工程及初始化代码的工具,适用于旗下所有STM32系列产品。此软件可以作为eclipse插件形式安装,也可以单独运行,需要安装JAVA运行环境。软件可以在ST官网上找到,下载地址为:https://www.st.com/content/st_com/zh/products/development-tools/software-development-tools/stm32-software-development-tools/stm32-configurators-and-code-generators/stm32cubemx.html,安装过程非常简单,在此不详述。

建议采用管理员方式运行,因为ST对软件版本及其集成的库更新频繁,无管理员权限容易安装失败。

2.2 Keil编译器

本移植指南针对的是 Keil 编译器,所以我们移植内核前需要先安装 Keil 编译器,能编译 ARM Cortex M 核的 Keil 编译器,现在也叫 MDK,下载地址为:https://www.keil.com/demo/eval/arm.htm 填写注册信息即可下载,下载完成在 windows 环境下按照提示安装即可,安装完成后需要自行购买软件 License,避免 32K Flash 下载限制。 由于新版本的 MDK 编译器和芯片支持包是分离的,所以 MDK(Keil)安装完成后,还需要安装对应芯片的器件支持包(PACK 包)。

准备芯片的裸机工程

3.1 启动 STM32CubeMX,新建工程

3.2 选择MCU型号

双击后弹出工程配置界面,如图:

3.3 配置时钟源

3.4 配置串口

3.5 配置GPIO

3.6 配置总线时钟

3.7 工程配置

3.8 代码生成配置

3.9 点击Generate Code生成工程

生成代码后,在Keil 中打开该工程,编译运行,无报错,就说明裸机工程代码已经生成完毕啦!

接下来就是进行TobudOS内核移植的过程啦,让我们继续。

TobudOS简介

TobudOS是面向物联网领域开发的实时操作系统,早期版本基于腾讯自研的物联网操作系统TencentOS Tiny,2020年由腾讯捐赠到开放原子开源基金会进行孵化,2023年正式更名为TobudOS,TobudOS具有低功耗,低资源占用,模块化,安全可靠等特点,可有效提升物联网终端产品开发效率,提供精简的 RTOS 内核,内核组件可裁剪可配置,可快速移植到多种主流 MCU (如 STM32 全系列) 及模组芯片上。而且,基于 RTOS 内核提供了丰富的物联网组件,内部集成主流物联网协议栈(如 CoAP/MQTT/TLS/DTLS/LoRaWAN/NB-IoT 等),可助力物联网终端设备及业务快速接入物联网云平台。

源码准备

TobudOS 的源码已经开源,GitHub 下载地址为:https://atomgit.com/OpenAtomFoundation/TobudOS/blob/master/doc

一级目录二级目录说明
archarmTencentOS tiny 适配的 IP 核架构(含 M 核中断、调度、tick 相关代码)
boardNUCLEO_L073RZ移植目标芯片的工程文件
kernelcoreTencentOS tiny 内核源码
pmTencentOS tiny 低功耗模块源码
osalcmsis_osTencentOS tiny 提供的 cmsis os 适配

由于本教程只介绍 TobudOS的内核移植,所以这里只需要用到 arch、board、kernel、osal 四个目录下的源码。

TobudOS内核移植

如图所示,新建 TobudOS主目录,并在主目录下添加四个子目录,其中 arch、kernel、osal 从代码仓直接拷贝过来即可,而 board 目录下则放入我们前面生成的裸机工程代码,我们移植的开发板取名叫 TobudOS_EVB_AloT_STM32 ,裸机代码全部拷贝到下面即可,如下图所示:

接下来进入 TobudOS\board\TobudOS_EVB_AloT_STM32\MDK-ARM 目录,打开 keil 工程,我们开始添加 TobudOS 的内核代码。

添加 arch 平台代码

说明:

1)tos_cpu.c 是 TencentOS tiny 的 CPU 适配文件,包括堆栈初始化,中断适配等;

2)port_s.S 文件是 TencentOS tiny 的任务调度汇编代码,主要做弹栈压栈等处理的,

3)port_c.c 文件是适配 systick 等

添加内核源码

内核源码 kerne 目录下包含 core 和 pm 两个目录,其中 core 下为基础内核,pm 是内核中的低功耗组件;基础移植的时候可以不添加 pm 目录下的代码,如下图所示:

注:添加全部基本内核源码

添加 cmsis os 源码

cmsis os 是 TencentOS tiny 为了兼容 cmsis 标准而适配的 OS 抽象层,可以简化将业务从其他 RTOS 迁移到 TencentOS tiny 的工作量。

添加 TobudOS 头文件目录

添加头文件目录前,我们在要移植的工程目录下新增一个 TOS_CONFIG 文件夹,用于存放 TencentOS tiny 的配置头文件,也就是接下来要新建的 tos_config.h 文件;

TencentOS tiny 所有要添加的头文件目录如下:

新建 TobudOS 系统配置文件 tos_config.h

  1. #ifndef _TOS_CONFIG_H_
  2. #define _TOS_CONFIG_H_
  3. #include "stm32h7xx.h" // 目标芯片头文件,用户需要根据情况更改
  4. #define TOS_CFG_TASK_PRIO_MAX 10u // 配置TobudOS默认支持的最大优先级数量
  5. #define TOS_CFG_ROUND_ROBIN_EN 0u // 配置TobudOS的内核是否开启时间片轮转
  6. #define TOS_CFG_OBJECT_VERIFY_EN 1u // 配置TobudOS是否校验指针合法
  7. #define TOS_CFG_TASK_DYNAMIC_CREATE_EN 1u // TobudOS 动态任务创建功能宏
  8. #define TOS_CFG_EVENT_EN 1u // TobudOS 事件模块功能宏
  9. #define TOS_CFG_MMBLK_EN 1u //配置TobudOS是否开启内存块管理模块
  10. #define TOS_CFG_MMHEAP_EN 1u //配置TobudOS是否开启动态内存模块
  11. #define TOS_CFG_MMHEAP_DEFAULT_POOL_EN 1u // TobudOS 默认动态内存池功能宏
  12. #define TOS_CFG_MMHEAP_DEFAULT_POOL_SIZE 0x100 // 配置TobudOS默认动态内存池大小
  13. #define TOS_CFG_MUTEX_EN 1u // 配置TobudOS是否开启互斥锁模块
  14. #define TOS_CFG_MESSAGE_QUEUE_EN 1u // 配置TobudOS是否开启消息队列模块
  15. #define TOS_CFG_MAIL_QUEUE_EN 1u // 配置TobudOS是否开启消息邮箱模块
  16. #define TOS_CFG_PRIORITY_MESSAGE_QUEUE_EN 1u // 配置TobudOS是否开启优先级消息队列模块
  17. #define TOS_CFG_PRIORITY_MAIL_QUEUE_EN 1u // 配置TobudOS是否开启优先级消息邮箱模块
  18. #define TOS_CFG_TIMER_EN 1u // 配置TobudOS是否开启软件定时器模块
  19. #define TOS_CFG_PWR_MGR_EN 0u // 配置TobudOS是否开启外设电源管理模块
  20. #define TOS_CFG_TICKLESS_EN 0u // 配置Tickless 低功耗模块开关
  21. #define TOS_CFG_SEM_EN 1u // 配置TobudOS是否开启信号量模块
  22. #define TOS_CFG_TASK_STACK_DRAUGHT_DEPTH_DETACT_EN 1u // 配置TobudOS是否开启任务栈深度检测
  23. #define TOS_CFG_FAULT_BACKTRACE_EN 0u // 配置TobudOS是否开启异常栈回溯功能
  24. #define TOS_CFG_IDLE_TASK_STK_SIZE 128u // 配置TobudOS空闲任务栈大小
  25. #define TOS_CFG_CPU_TICK_PER_SECOND 1000u // 配置TobudOS的tick频率
  26. #define TOS_CFG_CPU_CLOCK (SystemCoreClock) // 配置TobudOS CPU频率
  27. #define TOS_CFG_TIMER_AS_PROC 1u // 配置是否将TIMER配置成函数模式
  28. #endif

按照上面的模板配置好 TencentOS tiny 的各项功能后,将 tos_config.h 文件放入要移植的 board 工程目录下即可。

这样,TobudOS的源码移植就全部移植完毕了。

创建 TobudOS任务,测试移植结果

修改部分代码

修改 stm32l0xx_it.c 的中断函数,在 stm32l0xx_it.c 文件中包含 tos_k.h 头文件

在 stm32l0xx_it.c 文件中的 PendSV_Handler 函数前添加___weak 关键字,因为该函数在 TencentOS tiny 的调度汇编中已经重新实现;同时在 SysTick_Handler 函数中添加 TencentOS tiny 的调度处理函数,如下图所示:

编写 TobudOS测试任务

在 main.c 中添加 TobudOS头文件,编写任务函数

  1. #include "cmsis_os.h"
  2. //task1
  3. #define TASK1_STK_SIZE 256
  4. void task1(void *pdata);
  5. osThreadDef(task1, osPriorityNormal, 1, TASK1_STK_SIZE);
  6. //task2
  7. #define TASK2_STK_SIZE 256
  8. void task2(void *pdata);
  9. osThreadDef(task2, osPriorityNormal, 1, TASK2_STK_SIZE);
  10. void task1(void *pdata)
  11. {
  12. int count = 1;
  13. while(1)
  14. {
  15. printf("\r\nHello world!\r\n###This is task1 ,count is %d \r\n", count++);
  16. HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port,LED_Pin);
  17. osDelay(2000);
  18. }
  19. }
  20. void task2(void *pdata)
  21. {
  22. int count = 1;
  23. while(1)
  24. {
  25. printf("\r\nHello TencentOS !\r\n***This is task2 ,count is %d \r\n", count++);
  26. osDelay(1000);
  27. }
  28. }
  29. int fputc(int ch, FILE *f)
  30. {
  31. if (ch == '\n')
  32. {
  33. HAL_UART_Transmit(&huart2, (void *)"\r", 1,30000);
  34. }
  35. HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
  36. return ch;
  37. }

继续在 main.c 的 main 函数中硬件外设初始化代码后添加 TencentOS tiny 的初始化代码:

  1. osKernelInitialize(); //TOS Tiny kernel initialize
  2. osThreadCreate(osThread(task1), NULL);// Create task1
  3. osThreadCreate(osThread(task2), NULL);// Create task2
  4. osKernelStart();//Start TOS Tiny

编译下载测试 TobudOS移植结果

进行编译下载到开发板即可完成 TobudOS的测试,如下图所示,可以看到串口交替打印信息,表示两个任务正在进行调度,切换运行。说明成功进行了移植。

以上就是TobudOS内核移植的过程,如果有疑问可以留言一起探讨哈!

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