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OS就是一个屏蔽层,屏蔽了计算机的具体硬件,向使用者提供了一台虚拟的计算机开发、使用环境。
它在计算机应用程序与计算机硬件系统之间,屏蔽了计算机硬件工作的一些细节,并对系统中的资源进行有效的管理。并通过提供函数(应用程序接口(API)),从而使应用程序的设计人员得以在一个友好的平台上进行应用程序的设计和开发,大大地提高了应用程序的开发效率。
uC/OS是一个微内核和实时多任务操作系统。具体包括任务管理、中断和时间管理、事件管理、消息管理、内存管理。
1、可重入函数和不可重入函数
可重入函数:在多任务环境中,一个可重入的函数是可以被中断的函数,也就是说,这个函数执行的任何时刻中断它,转入OS调度执行另一个任务或一段代码,而返回到中断点时不会出现错误;
不可重入函数:由于使用了一些系统资源,如全局的变量、中断向量表,它如果被中断的话,就会运行错误,这类函数是不能在多任务环境运行的。
2、任务状态
运行态(真正获得CPU得到运行),等待态或阻塞态(任务等待一秒的时候,不是强行运行代码,而是把自己阻塞起来是操作系统可以调用其他任务;当任务等待某些还没有被释放的资源时也会把自己阻塞起来,等到条件满足时回到就绪态),被中断态,就绪态(当任务调用OSTASKCreate之后任务就处于就绪态,当没有比其优先级更高的任务或比其优先级更高的任务处于阻塞态时,就被操作系统调度处于运行态),休眠态(在等待OSTASKCreate创建之前,得不到运行,操作系统也不会为其准备运行内存)。挂起态(当任务运行时,滴答中断每个时钟滴答中断一次,被剥夺CPU使用权而进入挂起态。当中断返回时若该任务还是优先级最高就恢复运行,否则该任务进入到就绪态)。
3、操作系统的基本功能\n\n任务管理、内存管理、文件管理、CPU管理(多任务OS对cpu的分配权,即该由哪个软件占有CPU)、I/O设备管理。
4、实时操作系统的特征
多任务操作系统,核心之一是任务调度;多级中断机制;优先调度机制。
5、任务切换
任务切换的核心是上下文切换,是任务调度重要部分。任务切换就是暂停一个任务的运行而执行另一个处于就绪态的任务。暂停一个任务又能恢复运行必须用堆栈来保存任务的运行信息。
点击创建项目进行一些基本的配置。首先配置RCC选择外部时钟。
配置SYS
选择引脚PC13和PA3为GPIO_Output用于点亮LED灯。
设置串口USART用于串口输出。
设置工程名及储存路径以及进行相关选项的勾选。
在官网下载:http://micrium.com/downloadcenter/
打开下载好的文件夹,新建uC-BSP、uC-CONFIG两个文件夹。
在uC-BSP文件夹中新建bsp.c和bsp.h两个文件,然后在文件夹uC-CONFIG添加下面框选的文件。
将uCOS相关文件复制到HAL工程MDK-ARM文件夹下
在keil中点击如下图标
在工程中添加如下文件夹
然后在各个文件夹中添加相应的文件。
选中CPU,在右边框下面点击Add File…,在MDK-ARM\uC-CPU路径MDK-ARM\uC-CPU\ARM-Cortex-M3\RealView下添加下面选中的文件
选中LIB文件夹在MDK-ARM\uC-LIB路径和MDK-ARM\uC-LIB\Ports\ARM-Cortex-M3\RealView添加如下文件:
选中PORT文件夹在MDK-ARM\uCOS-III\Ports\ARM-Cortex-M3\Generic\RealView路径添加下面的文件。
选中SOURCE在MDK-ARM\uCOS-III\Source路径下添加下面的文件
然后在CONFIG文件夹中添加相应文件,全部添加完成后点击OK进行保存添加。
导入文件路径
在创建的项目路径下进行寻找,添加如下路径。
在BSP文件下编写bsp.c、bsp.h
// bsp.h
#ifndef __BSP_H__
#define __BSP_H__
#include "stm32f1xx_hal.h"
void BSP_Init(void);
#endif
// bsp.c #include "includes.h" #define DWT_CR *(CPU_REG32 *)0xE0001000 #define DWT_CYCCNT *(CPU_REG32 *)0xE0001004 #define DEM_CR *(CPU_REG32 *)0xE000EDFC #define DBGMCU_CR *(CPU_REG32 *)0xE0042004 #define DEM_CR_TRCENA (1 << 24) #define DWT_CR_CYCCNTENA (1 << 0) CPU_INT32U BSP_CPU_ClkFreq (void) { return HAL_RCC_GetHCLKFreq(); } void BSP_Tick_Init(void) { CPU_INT32U cpu_clk_freq; CPU_INT32U cnts; cpu_clk_freq = BSP_CPU_ClkFreq(); #if(OS_VERSION>=3000u) cnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OSCfg_TickRate_Hz; #else cnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OS_TICKS_PER_SEC; #endif OS_CPU_SysTickInit(cnts); } void BSP_Init(void) { BSP_Tick_Init(); MX_GPIO_Init(); } #if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED) void CPU_TS_TmrInit (void) { CPU_INT32U cpu_clk_freq_hz; DEM_CR |= (CPU_INT32U)DEM_CR_TRCENA; /* Enable Cortex-M3's DWT CYCCNT reg. */ DWT_CYCCNT = (CPU_INT32U)0u; DWT_CR |= (CPU_INT32U)DWT_CR_CYCCNTENA; cpu_clk_freq_hz = BSP_CPU_ClkFreq(); CPU_TS_TmrFreqSet(cpu_clk_freq_hz); } #endif #if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED) CPU_TS_TMR CPU_TS_TmrRd (void) { return ((CPU_TS_TMR)DWT_CYCCNT); } #endif #if (CPU_CFG_TS_32_EN == DEF_ENABLED) CPU_INT64U CPU_TS32_to_uSec (CPU_TS32 ts_cnts) { CPU_INT64U ts_us; CPU_INT64U fclk_freq; fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq(); ts_us = ts_cnts / (fclk_freq / DEF_TIME_NBR_uS_PER_SEC); return (ts_us); } #endif #if (CPU_CFG_TS_64_EN == DEF_ENABLED) CPU_INT64U CPU_TS64_to_uSec (CPU_TS64 ts_cnts) { CPU_INT64U ts_us; CPU_INT64U fclk_freq; fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq(); ts_us = ts_cnts / (fclk_freq / DEF_TIME_NBR_uS_PER_SEC); return (ts_us); } #endif
找到如下图片展示的文件startup_stm32f103xb.s,将以下位置的代码修改为如图所示。
找到app_cfg.h文件修改以下位置代码如图所示
找到includes.h文件夹,添加如图所示代码
将该位置处代码修改为如图所示
修改此处数值,STM32F103C8T6的RAM只有20k,所以应该填小一点。
在完成任务过程中使用了printf函数,故而需要在usart.c文件中添加下面的代码:
int fputc(int ch,FILE *f){
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
return ch;
}
学习嵌入式实时操作系统(RTOS),以uc/OS为例,将其移植到stm32F103上,构建至少3个任务(task):其中两个task分别以1s和3s周期对LED灯进行点亮-熄灭的控制;另外一个task以2s周期通过串口发送“hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境!”。
在gpio.c文件中添加初始化PA3和PC13的函数:
void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; /* GPIO Ports Clock Enable */ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /*Configure GPIO pin Output Level */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET); /*Configure GPIO pin : PC13|PA3 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_3; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); }
/* USER CODE END Header */ /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "main.h" #include "gpio.h" #include "usart.h" /* Private includes ----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN Includes */ #include <includes.h> #include "stm32f1xx_hal.h" /* USER CODE END Includes */ /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PTD */ /* USER CODE END PTD */ /* Private define ------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PD */ /* 任务优先级 */ #define START_TASK_PRIO 3 #define LED0_TASK_PRIO 4 #define MSG_TASK_PRIO 5 #define LED1_TASK_PRIO 6 /* 任务堆栈大小 */ #define START_STK_SIZE 96 #define LED0_STK_SIZE 64 #define MSG_STK_SIZE 64 #define LED1_STK_SIZE 64 /* 任务栈 */ CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE]; CPU_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE]; CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE]; CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE]; /* 任务控制块 */ OS_TCB StartTaskTCB; OS_TCB Led0TaskTCB; OS_TCB MsgTaskTCB; OS_TCB Led1TaskTCB; /* USER CODE END PD */ /* Private macro -------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PM */ /* USER CODE END PM */ /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PV */ /* 任务函数定义 */ void start_task(void *p_arg); static void AppTaskCreate(void); static void AppObjCreate(void); static void led_pc13(void *p_arg); static void send_msg(void *p_arg); static void led_pa3(void *p_arg); /* USER CODE END PV */ /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ void SystemClock_Config(void); /* USER CODE BEGIN PFP */ /* USER CODE END PFP */ /* Private user code ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN 0 */ /** * @brief System Clock Configuration * @retval None */ void SystemClock_Config(void) { RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0}; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0}; /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */ RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1; RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */ RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } /* USER CODE END 0 */ /** * @brief The application entry point. * @retval int */ int main(void) { OS_ERR err; OSInit(&err); HAL_Init(); SystemClock_Config(); //MX_GPIO_Init(); 这个在BSP的初始化里也会初始化 MX_USART1_UART_Init(); /* 创建任务 */ OSTaskCreate((OS_TCB *)&StartTaskTCB, /* Create the start task */ (CPU_CHAR *)"start task", (OS_TASK_PTR ) start_task, (void *) 0, (OS_PRIO ) START_TASK_PRIO, (CPU_STK *)&START_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY ) 0, (OS_TICK ) 0, (void *) 0, (OS_OPT )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR), (OS_ERR *)&err); /* 启动多任务系统,控制权交给uC/OS-III */ OSStart(&err); /* Start multitasking (i.e. give control to uC/OS-III). */ } void start_task(void *p_arg) { OS_ERR err; CPU_SR_ALLOC(); p_arg = p_arg; /* YangJie add 2021.05.20*/ BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */ //CPU_Init(); //Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */ #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u OSStatTaskCPUUsageInit(&err); //统计任务 #endif #ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN //如果使能了测量中断关闭时间 CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); #endif #if OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN //当使用时间片轮转的时候 //使能时间片轮转调度功能,时间片长度为1个系统时钟节拍,既1*5=5ms OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err); #endif OS_CRITICAL_ENTER(); //进入临界区 /* 创建LED0任务 */ OSTaskCreate((OS_TCB * )&Led0TaskTCB, (CPU_CHAR * )"led_pc13", (OS_TASK_PTR )led_pc13, (void * )0, (OS_PRIO )LED0_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&LED0_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY )0, (OS_TICK )0, (void * )0, (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, (OS_ERR * )&err); /* 创建LED1任务 */ OSTaskCreate((OS_TCB * )&Led1TaskTCB, (CPU_CHAR * )"led_pa3", (OS_TASK_PTR )led_pa3, (void * )0, (OS_PRIO )LED1_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&LED1_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY )0, (OS_TICK )0, (void * )0, (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, (OS_ERR * )&err); /* 创建MSG任务 */ OSTaskCreate((OS_TCB * )&MsgTaskTCB, (CPU_CHAR * )"send_msg", (OS_TASK_PTR )send_msg, (void * )0, (OS_PRIO )MSG_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&MSG_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY )0, (OS_TICK )0, (void * )0, (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, (OS_ERR * )&err); OS_TaskSuspend((OS_TCB*)&StartTaskTCB,&err); //挂起开始任务 OS_CRITICAL_EXIT(); //进入临界区 } /** * 函数功能: 启动任务函数体。 * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 * 说 明:无 */ static void led_pc13 (void *p_arg) { OS_ERR err; (void)p_arg; BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */ CPU_Init(); Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */ #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u OSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */ #endif CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */ AppObjCreate(); /* Create Application Objects */ while (DEF_TRUE) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */ } static void led_pa3 (void *p_arg) { OS_ERR err; (void)p_arg; BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */ CPU_Init(); Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */ #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u OSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */ #endif CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */ AppObjCreate(); /* Create Application Objects */ while (DEF_TRUE) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */ } static void send_msg (void *p_arg) { OS_ERR err; (void)p_arg; BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */ CPU_Init(); Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */ #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u OSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */ #endif CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */ AppObjCreate(); /* Create Application Objects */ while (DEF_TRUE) { printf("hello uc/OS!欢迎来到RTOS多任务环境! \r\n"); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */ } /* USER CODE BEGIN 4 */ /** * 函数功能: 创建应用任务 * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参 * 返 回 值: 无 * 说 明:无 */ static void AppTaskCreate (void) { } /** * 函数功能: uCOSIII内核对象创建 * 输入参数: 无 * 返 回 值: 无 * 说 明:无 */ static void AppObjCreate (void) { } /* USER CODE END 4 */ /** * @brief This function is executed in case of error occurrence. * @retval None */ void Error_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */ /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */ /* USER CODE END Error_Handler_Debug */ } #ifdef USE_FULL_ASSERT /** * @brief Reports the name of the source file and the source line number * where the assert_param error has occurred. * @param file: pointer to the source file name * @param line: assert_param error line source number * @retval None */ void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line) { /* USER CODE BEGIN 6 */ /* User can add his own implementation to report the file name and line number, tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */ /* USER CODE END 6 */ } #endif /* USE_FULL_ASSERT */ /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
PC13和PA3分别接LED灯的短脚。
uCOS
在移植过程中步骤比较繁琐,需要仔细一点。利用uC/OS提供的系统特征,可以简化多任务程序设计,满足多个任务的时间要求,大大降低了开发难度,轻松地完成前后台编程方法难以完成的任务。同时利用系统的定时中断,设计一个超级任务来对其他任务进行监控,从而也提高了系统的可靠性。当然我们也看到,程序的可读性和可维护性也提高了。
参考文章
https://blog.csdn.net/qq_45659777/article/details/121570886
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