本文是基于HAL库,利用STM32CubeMX软件和STM32F103C8T6软件实现对uCOS的移植。
一、CubeMX建立STM32F103C8T6HAL库
此处详细关于CubeMX的使用请参考我之前的文章,这里直接进行操作,就不再过多介绍。stm32CubeMX的安装和点亮流水灯
1.配置时钟源
如图,在System Core中选择RCC,配置高速时钟源Crystal/Ceramic Resonator 这里将时钟速率设置为72MHz。
2.配置系统
在SYS中Debug选择Serial Wire。
3.配置管脚和串口
如图,在Connectivity中点击USART并设置Mode为Asynchronous。
这里我们用到了PC13管脚和PA3管脚,所以把GPIOB0管脚和GPIOC13管脚设置为GPIO_Output。
4.生成工程
在配置好相关系统和参数后选择你的工程保存路径并生成工程。
二、移植前准备
1.准备uCOSIII源码
在官网下载源码http://micrium.com/downloadcenter/ 但在官网下载速度慢,这里给出网盘链接: https://pan.baidu.com/s/10RqsDRecbmVteWmDv2oUNQ 提取码:1234
解压压缩包后有以下四个文件夹:
2.新建文件夹并添加内容
首先在上面所提到的Software文件夹下与四个文件夹同目录创建两个新的文件夹。如图所示:
上图uC-CONFIG和uC-BSP为新建的文件夹。
在uC-BSP文件夹内创建bsp.c和bsp.h的两个空文件如图所示: 根据如图所示路径先进入到该文件夹下,然后复制如图所示的八个文件,回到我们刚新建的uC-CONFIG文件夹,粘贴在这里: 然后将这五个文件夹一起复制,拷贝在刚才CubeMX生成的MDK-ARM工程文件下:
三、开始移植
用Keil打开工程。
1.添加文件到目录
点击如图所示按钮: 点击Groups内如图按钮添加以下6个新组,组名分别为: 然后选中组名,点击右侧Add Files添加文件 ①在bsp内添加uC-BSP内刚刚新建的两个空白文件: ②在UCOSII_CPU组内添加MDK-ARM\uC-CPU内的三个文件和MDK-ARM\uC-CPU\ARM-Cortex-M3\RealView路径下的三个文件 ③在UCOSII_LIB组内添加MDK-ARM\uC-LIB路径下的九个文件和MDK-ARM\uC-LIB\Ports\ARM-Cortex-M3\RealView路径下的一个文件共十个文件。 ④在UCOSII_Ports组内添加MDK-ARM\uCOS-III\Ports\ARM-Cortex-M3\Generic\RealView路径下的三个文件。 ⑤在UCOSII_Source组内添加MDK-ARM\uCOS-III\Source路径下共二十个文件。
⑥在OS_cfg组内添加MDK-ARM\uC-CONFIG路径下共八个文件。 OK大功告成,完整添加后目录结构会发生改变,如图所示:
2.添加头文件路径
按照下图依次点击: 这一步是我们要把刚才加入文件所对应的路径添加进来,否则在编译时会报错,找不到相应的文件,加入后的结果如图所示,如果都是按照上面一步一步来的话正确应该添加了八个路径。
3.修改文件内容
①bsp.c和bsp.h
bsp: 在bsp.c文件中添加如下代码:
#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;
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
bsp.h: 在bsp.h中添加如下代码:
#ifndef __BSP_H__
#define __BSP_H__
#include "stm32f1xx_hal.h"
void BSP_Init(void);
#endif
②main.c
将整个main.c文件中的代码替换成如下代码:
#include "main.h"
#include "gpio.h"
#include "usart.h"
#include <includes.h>
#include "cpu.h"
#include "stm32f1xx_hal.h"
#define START_TASK_PRIO 3
#define LED0_TASK_PRIO 4
#define MSG_TASK_PRIO 5
#define LED1_TASK_PRIO 6
#define START_STK_SIZE 96
#define LED0_STK_SIZE 64
#define MSG_STK_SIZE 64
#define LED1_STK_SIZE 64
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];
OS_TCB StartTaskTCB;
OS_TCB Led0TaskTCB;
OS_TCB MsgTaskTCB;
OS_TCB Led1TaskTCB;
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);
void SystemClock_Config(void);
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
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();
}
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();
}
}
int main(void)
{
OS_ERR err;
OSInit(&err);
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_USART1_UART_Init();
OSTaskCreate((OS_TCB *)&StartTaskTCB,
(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);
OSStart(&err);
}
void start_task(void *p_arg)
{
OS_ERR err;
CPU_SR_ALLOC();
p_arg = p_arg;
BSP_Init();
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
OSStatTaskCPUUsageInit(&err);
#endif
#ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN
CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
#endif
#if OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN
OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);
#endif
OS_CRITICAL_ENTER();
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);
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);
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);
OS_CRITICAL_EXIT();
}
static void led_pc13 (void *p_arg)
{
OS_ERR err;
(void)p_arg;
BSP_Init();
CPU_Init();
Mem_Init();
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
OSStatTaskCPUUsageInit(&err);
#endif
CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
AppTaskCreate();
AppObjCreate();
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);
}
}
static void led_pa3 (void *p_arg)
{
OS_ERR err;
(void)p_arg;
BSP_Init();
CPU_Init();
Mem_Init();
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
OSStatTaskCPUUsageInit(&err);
#endif
CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
AppTaskCreate();
AppObjCreate();
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);
}
}
static void send_msg (void *p_arg)
{
OS_ERR err;
(void)p_arg;
BSP_Init();
CPU_Init();
Mem_Init();
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
OSStatTaskCPUUsageInit(&err);
#endif
CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
AppTaskCreate();
AppObjCreate();
while (DEF_TRUE)
{
printf("hello uc/OS \r\n");
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
}
}
static void AppTaskCreate (void)
{
}
static void AppObjCreate (void)
{
}
void Error_Handler(void)
{
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
}
#endif
③ 启动文件
找到启动文件打开,在75,76行位置找到如下两行代码: 将其中的PendSV_Handler和SysTick_Handler改为OS_CPU_PendSVHandler和OS_CPU_SysTickHandler 然后找到第170多行处,同样修改两处代码,注意前后都要修改不要漏掉: 修改后如图所示:
④app_cfg.h
在OS_cfg组下找到app_cfg.h文件,在第42行将 #define APP_CFG_SERIAL_EN DEF_ENABLED 修改为: #define APP_CFG_SERIAL_EN DEF_DISABLED
找到第85行,将 #define APP_TRACE BSP_Ser_Printf 修改为: #define APP_TRACE (void)
⑤ includes.h
在OS_cfg组下找到includes.h 在第68行下添加两行代码: #include “gpio.h” #include "app_cfg.h" 然后在下面第80多行处修改库 将 #include <stm32f10x_lib.h> 修改为 #include "stm32f1xx_hal.h" 修改后:
⑥ lib_cfg.h
在OS_cfg组下找到lib_cfg.h
此处修改为5(该处宏定义设置堆空间的大小,STM32F103C8T6的RAM只有20K,所以要改小一点): 修改后:
⑦usart.c和usart.h
由于我们使用了printf函数,需要在usart.c文件中添加以下代码完成printf重定向:
usart.c:
int fputc(int ch,FILE *f){
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
return ch;
}
然后我们要在usart.h文件中对我们的变量FILE进行定义,所以在头文件前面添加如下代码: typedef struct __FILE FILE;
4.修改参数
如果要是用仿真需要进行如下修改: 首先点击魔术棒,点击debug选项,选择Use Simulator表示使用仿真。 修改下面的Diolag DLL为DARMSTM.DLL 修改下面的Parameter为-pSTM32F103VC 修改右边的Diolag DLL为TARMSTM.DLL 修改右边的Parameter为-pSTM32F103VC 点击OK完成设置
在us工程路径下新建一个debug.ini文件,在文件中写入 map 0x40000000, 0x40007FFF read write // APB1 map 0x40010000, 0x400157FF read write // APB2 map 0x40020000, 0x4007FFFF read write // AHB1 map 0x50000000, 0x50060BFF read write // AHB2 map 0x60000000, 0x60000FFF read write // AHB3 map 0xE0000000, 0xE00FFFFF read write // CORTEX-M4 internal peripherals
在Initialization File中加入这个文件
至此移植完成。
四、代码详解及编译测试
1.题目要求
1 学习嵌入式实时操作系统(RTOS),以uc/OS-III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等进行点亮-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!”。 记录详细的移植过程。
2.在上述实验中,在掌握Keil的仿真调试代码功能之外,也学习使用仪器对代码运行进行故障排查和功能调测。
- 练习使用示波器去观察LED输出电平和串口通信的波形,分析故障;
- 分别使用Keil虚拟仿真逻辑仪和 真实逻辑仪(SaleaeLogic16)抓取LED输出电平和串口通信的波形,进行协议分析。
2.代码介绍
根据题目要求,我们需要以1s和3s为周期对LED灯进行点亮和熄灭。 根据我们之前所做的实验,我们需要先对我们要使用的GPIO管脚进行初始化,但因为我们是用CubeMX生成的工程,在CubeMX内设置好了对应管脚后在gpio.c中就已经自动对管脚进行了初始化。 同样的还有串口初始化等等,也已经自动配置好。
我们只需要对main.c文件进行改写。主要就是创建多任务系统,将控制权交给uC/OS-III 操作系统,我们需要根据任务需要先创建任务,因为我们是要求三个任务,所以这里我们创建三个task并分别命名。 然后是启动任务的函数体,对于三个任务分别设置时间为1s,3s和2s。
3.运行结果
如图所示绿色的灯为PC13管脚,可以看到闪烁频率时1s,亮1s灭1s。 黄色的灯为PA3,亮3s灭3s。 符合实验要求,实验成功。
如图所示是串口信息,可以看到打开串口后每隔2s发送一次信息,对应实验完成。
五、逻辑分析仪
1.仿真逻辑分析仪
关于仿真逻辑分析仪的使用参考我之前的文章:https://blog.csdn.net/cleveryoga/article/details/120999566
这里直接观察如图所示波形,PORTC13是闪烁周期为1s的波形,看上面的Grid为1s就说明一个方格长度为1s,观察红色通道看到确实如此,1s低电平对应熄灭然后1s高电平对应点亮。
观察二号PORTA3通道,因为我们前面设置的闪烁周期是3s,所以这里对应3个网格,也就是3s,直观看出对应上面红色通道1:3的关系。
观察三号通道串口,竖线放大后就是传输的信息,周期是2个网格也就是2s,也符合我们上面编写的代码2s的周期。
2.真实逻辑分析仪
首先对于逻辑分析仪的使用我们这里先简单介绍下,它有些类似于示波器的使用,我们需要观察哪个管脚的信号,就把哪一路信号连接到示波器对应的通道即可,因为我们使用了3个管脚分别观察两个点灯和1个串口,这里就连接三个通道,如图通道0是1s点灯,通道1是串口,通道2是3s点灯。
首先观察通道0,我把鼠标放在高电平处可以看到如图显示了一个高电平周期是1s,频率时0.5Hz,对于整个波形的周期是2s,与我们仿真逻辑分析仪的观察是相同的。
然后观察通道2的3s点灯,看到他的周期是通道0的3倍,对应我们的代码和仿真逻辑分析仪也是相同的结果。
通道1的串口观察到周期为2s,符合实验内容。
我们将通道1竖线处放大,它表示了我们串口发送的数据,如图可以看到我们发送了hello"uc/os" \r\n,前面是我们发送的数据,后面是\r回车符和\n换行符。 还可以观察到传输一个h字符的时间是在八十微秒左右,传输每个字符之间有一个相同的时延间隔。 在逻辑分析仪右下角也可以看到我们传输的内容,对应相同。
六、总结
本次实验主要进行了uCOS的移植,从整个移植前的文件准备到移植过程中的文件添加,整个过程要求我们十分仔细,否则在编译时就会出现找不到文件或变量未定义之类很多的错误。
七、参考资料
https://blog.csdn.net/qq_21805743/article/details/120780866
https://blog.csdn.net/weixin_43116606/article/details/105532222
https://blog.csdn.net/qq_45659777/article/details/121570886
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