STM32F103 移植FreeRTOS (附FreeRTOS源码和移植工程)_freertos f103源码

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前言

该篇环境为：STM32F103ZET6、Keil 库函数版本
F4、F7、H7移植同理。

FreeRTOS源码：

链接：https://pan.baidu.com/s/10l8TmseEJKkFdwFY3qZc1Q?pwd=8uqw 
提取码：8uqw
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1. 移植FreeRTOS

1. 选取平时编程的一个库函数工程进行移植。
   在基础工程中新建一个名为 FreeRTOS 的文件夹，如下图所示：
   
2. 创建 FreeRTOS 文件夹以后就可以将 FreeRTOS 的源码添加到这个文件夹中，添加完以后如下图所示：
   
3. portable 文件夹，我们只需要留下 keil、MemMang 和 RVDS
   这三个文件夹，其他的都可以删除掉，完成以后如下图所示：
   
4. 向工程分组中添加文件打开基础工程，新建分组 FreeRTOS_CORE 和 FreeRTOS_PORTABLE，然后向这两个分组中添加文件，如下图所示：
   
5. 添加相应的头文件路径
   添加完 FreeRTOS 源码中的 C 文件以后还要添加 FreeRTOS 源码的头文件路径，头文件路径如下图所示：
   
6. 添加FreeRTOSConfig.h
   
7. 修改SYSTEM文件

①修改 sys.h 文件

在 sys.h 文件里面用宏 SYSTEM_SUPPORT_OS 来定义是否使用 OS，
我们使用了 FreeRTOS，所以应该将宏 SYSTEM_SUPPORT_OS 改为 1。

//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
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②修改 usart.c 文件
usart.c 文件有两部分要修改，一个是添加 FreeRTOS.h 头文件，
默认是添加的 UCOS 中的 includes.h 头文件，修改以后如下：

//如果使用 os,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "FreeRTOS.h" //os 使用 
#endif
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另外一个就是 USART1 的中断服务函数，在使用 UCOS 的时候进出中断的时候需要添加OSIntEnter()和 OSIntExit()，使用 FreeRTOS 的话就不需要了，所以将这两行代码删除掉，修改以后如下：

void USART1_IRQHandler(void) //串口 1 中断服务程序
{
	u8 Res;
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) 
	{
		Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
		if((USART_RX_STA&0x8000)==0) //接收未完成
		{
			if(USART_RX_STA&0x4000) //接收到了 0x0d
			{
				if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0; //接收错误,重新开始
				else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
			}
			else //还没收到 0X0D
			{
				if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
				else
				{
					USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
					USART_RX_STA++;
					if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0; 
				}
			}
		} 
 	} 
}
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③修改 delay.c 文件
delay.c 文件修改的就比较大，因为涉及到 FreeRTOS 的系统时钟，delay.c 文件里面有 4个函数，先来看一下函数 SysTick_Handler()，此函数是滴答定时器的中断服务函数，代码如下：

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();
	 }
}
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FreeRTOS 的心跳就是由滴答定时器产生的，根据 FreeRTOS 的系统时钟节拍设置好滴答定时器的周期，这样就会周期触发滴答定时器中断了。在滴答定时器中断服务函数中调用FreeRTOS 的 API 函数 xPortSysTickHandler()。
delay_init()是用来初始化滴答定时器和延时函数，代码如下：

//初始化延迟函数
//SYSTICK 的时钟固定为 AHB 时钟，基础例程里面 SYSTICK 时钟频率为 AHB/8
//这里为了兼容 FreeRTOS，所以将 SYSTICK 的时钟频率改为 AHB 的频率！
//SYSCLK:系统时钟频率
void delay_init()
{
	u32 reload;
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK);//选择外部时钟 HCLK
	fac_us=SystemCoreClock/1000000; //不论是否使用 OS,fac_us 都需要使用
	reload=SystemCoreClock/1000000; //每秒钟的计数次数 单位为 M 
	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/configTICK_RATE_HZ 秒中断一次
												
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk; //开启 SYSTICK 
} 
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前面我们说了 FreeRTOS 的系统时钟是由滴答定时器提供的，那么肯定要根据 FreeRTOS 的系统时钟节拍来初始化滴答定时器了，delay_init()就是来完成这个功能的。FreeRTOS 的系统时钟节拍由宏 configTICK_RATE_HZ 来设置，这个值我们可以自由设置，但是一旦设置好以后我们就要根据这个值来初始化滴答定时器，其实就是设置滴答定时器的中断周期。在基础例程中
滴答定时器的时钟频率设置的是 AHB 的 1/8，这里为了兼容 FreeRTOS 将滴答定时器的时钟频率改为了 AHB，也就是 72MHz！这一点一定要注意！
接下来的三个函数都是延时的，代码如下：

//延时 nus
//nus:要延时的 us 数.
//nus:0~204522252(最大值即 2^32/fac_us@fac_us=168) 
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)
		{
			//这里注意一下 SYSTICK 是一个递减的计数器就可以了. 
			if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;
			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);
}
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delay_us()是 us 级延时函数，delay_ms 和 delay_xms()都是 ms 级的延时函数，delay_us()和delay_xms()不会导致任务切换。delay_ms()其实就是对 FreeRTOS 中的延时函数 vTaskDelay()的简单封装，所以在使用 delay_ms()的时候就会导致任务切换。

delay.c 修改完成以后编译一下，会提示如下图所示错误：

上图的错误提示表示在 port.c、delay.c 和 stm32f10x_it.c 中三个重复定义的函数：SysTick_Handler()、SVC_Handler()和 PendSV_Handler()，这三个函数分别为滴答定时器中断服务函数、SVC 中断服务函数和 PendSV 中断服务函数，将 stm32f10x_it.c 中的三个函数屏蔽掉，如下图所示：

至此，SYSTEM文件夹就修改完成了。

2. 测试FreeRTOS

本实验设计四个任务：start_task()、led0_task ()、led1_task ()和 float_task()，这四个任务的任务功能如下：

• start_task()：用来创建其他三个任务。
• led0_task ()：控制 LED0 的闪烁，提示系统正在运行。
• led1_task ()：控制 LED1 的闪烁。
• float_task()：简单的浮点测试任务，用于测试 STM32F4 的 FPU 是否工作正常。

● 任务设置

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#define START_TASK_PRIO 1 //任务优先级
#define START_STK_SIZE 128 //任务堆栈大小
TaskHandle_t StartTask_Handler; //任务句柄
void start_task(void *pvParameters); //任务函数
#define LED0_TASK_PRIO 2 //任务优先级
#define LED0_STK_SIZE 50 //任务堆栈大小
TaskHandle_t LED0Task_Handler; //任务句柄
void led0_task(void *p_arg); //任务函数
#define LED1_TASK_PRIO 3 //任务优先级
#define LED1_STK_SIZE 50 //任务堆栈大小
TaskHandle_t LED1Task_Handler; //任务句柄
void led1_task(void *p_arg); //任务函数
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● main()函数

int main(void)
{
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组 4
	delay_init(); //延时函数初始化 
	uart_init(115200); //初始化串口
	LED_Init(); //初始化 LED
	
	 //创建开始任务
	 xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task, //任务函数
				 (const char* )"start_task", //任务名称
				 (uint16_t )START_STK_SIZE, //任务堆栈大小
				 (void* )NULL, //传递给任务函数的参数
				 (UBaseType_t )START_TASK_PRIO, //任务优先级
				 (TaskHandle_t* )&StartTask_Handler); //任务句柄 
	 vTaskStartScheduler(); //开启任务调度
}
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● 任务函数

//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{
	 taskENTER_CRITICAL(); //进入临界区
	 
	 //创建 LED0 任务
	 xTaskCreate((TaskFunction_t )led0_task, 
				 (const char* )"led0_task", 
				 (uint16_t )LED0_STK_SIZE, 
				 (void* )NULL,
				 (UBaseType_t )LED0_TASK_PRIO,
				 (TaskHandle_t* )&LED0Task_Handler); 
				 
	 //创建 LED1 任务
	 xTaskCreate((TaskFunction_t )led1_task, 
				 (const char* )"led1_task", 
				 (uint16_t )LED1_STK_SIZE, 
				 (void* )NULL,
				 (UBaseType_t )LED1_TASK_PRIO,
				 (TaskHandle_t* )&LED1Task_Handler); 
	 vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务
	 taskEXIT_CRITICAL(); //退出临界区
}

//LED0 任务函数
void led0_task(void *pvParameters)
{
	 while(1)
 	{
 		LED0=~LED0;
 		vTaskDelay(500);
 	}
} 

//LED1 任务函数
void led1_task(void *pvParameters)
{
	 while(1)
	 {
		 LED1=0;
		 vTaskDelay(200);
		 LED1=1;
		 vTaskDelay(800);
	 }
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测试代码中创建了 3 个任务：LED0 测试任务、LED1 测试任务和浮点测试任务，它们的任务函数分别为：led0_task()、led1_task()。led0_task()和 led1_task()任务很简单，就是让 LED0 和LED1 周期性闪烁。

3. 移植工程

链接：https://pan.baidu.com/s/15LhxGXTk2i4gcQ2ElNk-qQ?pwd=xck4 
提取码：xck4
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