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[嵌入式]freertos学习01-移植到gd32

1、freertos简介

1、freertos顾名思义最大的特点就是免费，已经有越来越多的厂商的示例代码都是用freertos，比如st。
2、其次，freertos的文件数量很少，较为精简。
3、freertos经过多年的发展，其市场占有率移植位居前列，稳定性已经得到了市场的认可

1、1 freertos特点

freertos是一个可以裁剪的小型实时操作系统。其重要的特点简述如下：

内核支持抢占式，合作式和时间片调度，一般选择为抢占式
任务数量不限
任务优先级不限
高效的软件定时器，这个用起来很爽
堆栈溢出检测功能
任务间通信方式为：信号量，互斥量，队列，数据流，消息等几种方式

2、freertos官网介绍

官网地址：https://freertos.org/
在这里插入图片描述
这个新页面比之前老的现代化不少了。

下载上面的最新版就行了，下面的长期支持版，里面加了很多aiot的组件，学习的话，先用上面的版本，较为简单纯粹。

下载完成后解压，目录如上图，其中需要用的是FreeRTOS这个文件夹，-plus的这里面实际上也是freertos增加了一些第三方组件。FreeRTOS这个文件夹下就是淡出的内核，使用这个文件夹就行了。

打开文件夹
在这里插入图片描述
可以看到source文件下放的就是内核源码。include这里面明显是头文件，接下来看下portable文件夹下的内容。

这里面存放的是与编译器以及硬件相关的一些内容。由于我用的是keil编译器，所以需要用到上述三个文件夹

Keil :与keil相关的
MemMang：存放的是内存管理相关的代码
RVDS:存放的是与mcu内核相关的内容

在这里插入图片描述
具体可以看到keil文件夹下就只有一句话，叫我们看RVDS文件，RVDS文件夹下面存放mcu内核相关，看的cm3 cm4是不是很熟悉，stm32f1，stm32f4。

大致的freertos相关介绍就简单介绍到这里，下面开始移植操作。

2、移植freertos

我目前用到的是gd32f107（stm32太贵了，都切国产芯片了，用起来都差不多）。下面就以gd32f107为例
前期准备：

1.keil 工程文件
2.freertos源码，就是上文介绍的

2.1 新建freertos目录

打开功能目录，新建一个freertos文件夹
在这里插入图片描述

2.2拷贝源码

间源码FreeRTOS文件夹下面的Source文件夹下的文件全部拷贝到2.1工程目录下面新建的freertos文件夹
在这里插入图片描述

2.3删除多余文件

打开工程目录下的freertos文件下的portable，只保留Keil ，MenmMang，RVDS文件夹，其他文件夹全部删除。由于keil文件下就一句话，我就没有保留keil文件夹。删除后的文件夹目录如下图；
在这里插入图片描述
下面就要打开工程文件进行操作。

2.4配置工程

打开工程文件。
在这里插入图片描述
在工程下面新建两个组，Freertos，Freertos_PORTABLE。
双击Freertos组，添加文件，如下图操作。

双击Freertos_PORTABLE添加文件
添加内存管理：

定位到MenMang文件夹，添加heap_4。基本能满足部分情况下的使用需求，具体却别见https://www.freertos.org/a00111.html介绍
在这里插入图片描述
heap4支持动态和静态内存分配堆内存。
注意：要在FreeRTOSConfig.h，打开configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP宏定义，才能使能动态内存分配

添加port文件：
由于我用的gd32f107所以添加的CM3中的port，其他内核要添加对应文件夹下面的port.c
定位到RVDS->ARM_CM3文件夹，添加port.c
在这里插入图片描述
添加索引，按下图操作，添加项目目录下的Freertos\include，Freertos\portable\RVDS\ARM_CM3

到这里源码移植就完成了，现在不要想着编译，编译出来会报错错误的，还需要对源码进行一些调整。

2.5源码调整

2.4中提到了FreeRTOSConfig.h文件，这个文件在源码中是没有的，需要使用者自己创建，这个头文件的作用是对freertos进行剪裁，确定需要使用哪些功能。
哪里能找到现成的呢，在源码目录FreeRTOS\Demo下面放着的都是各个芯片的示例工程
在这里插入图片描述
打开其中的stm32f103_keil目录，这里面就有FreeRTOSConfig.h文件，接下来我们将这个文件拷贝到工程目录的include文件夹，（这个头文件可以放到其他地方，看个人喜好，为了便于管理，将其放到了Freertos文件下的include文件夹）
在这里插入图片描述

3、编译

上述步骤完成后，编译发现存在错误，显示INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle未定义
在这里插入图片描述
这就需要在FreeRTOSConfig.h中使能该功能

#define configUSE_MUTEXES						1

添加上面的宏定义即可编译成功
在这里插入图片描述
虽然这个时候是编译成功了，但是freertos并没有运行。Freertos这些操作系统都系统时钟提供节拍，所以还需要对项目进行调整。

4、运行freertos

freertos运行要依靠mcu的系统时钟提供节拍，一般系统时钟周期设置为1ms。

4.1添加时钟节拍

在系统时钟中断函数中添加如下内容，对于gd32f107，其系统时钟定时器的中断函数位于gd32f107_it.c中
按照如下方式修改：

extern void xPortSysTickHandler( void );
void SysTick_Handler(void)
{
	if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行
	{
	xPortSysTickHandler();
	}
    delay_decrement();
}

在FreeRTOSConfig.h添加

#define configUSE_TIMERS				        1                               //为1时启用软件定时器
#define configTIMER_TASK_PRIORITY		        (configMAX_PRIORITIES-1)        //软件定时器优先级
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH		        5                               //软件定时器队列长度
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH	        (configMINIMAL_STACK_SIZE*2)    //软件定时器任务堆栈大小

4.2设置异常处理

将gd32f107_it.c中的这两个异常处理函数屏蔽掉
//void PendSV_Handler(void)
//void SVC_Handler(void)
因为这两个异常处理函数在port.c中被重新定义了。

最后编译没有错误。

4.3测试

接下来添加一段测试代码，看下freertos的正常运行。
新建一个u_task.c文件，后续所有的测试问题都放到这里。
新建三个任务

启动任务：负责启动其他所有任务后，删除掉自身
任务1：控制led灯闪烁
任务2：控制串口打印输出

代码如下

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "gd32f10x.h"
#include "stdio.h"
TaskHandle_t start_task_Handler;
void start_task(void *pvParameters);
TaskHandle_t task1_Handler;
void task1(void *pvParameters);

TaskHandle_t task2_Handler;
void task2(void *pvParameters);

TaskHandle_t task3_Handler;
void task3(void *pvParameters);
void start_os(void)
{
	xTaskCreate(start_task,"start_task",128,NULL,1,&start_task_Handler);
	vTaskStartScheduler();
}



void start_task(void *pvParameters)
{
	taskENTER_CRITICAL();
	xTaskCreate(task1,"task1",128,NULL,2,&task1_Handler);
	xTaskCreate(task2,"task2",128,NULL,3,&task2_Handler);
//	xTaskCreate(task3,"task3",128,NULL,4,&task3_Handler);
	vTaskDelete(start_task_Handler);
	taskEXIT_CRITICAL();
}

void task1(void *pvParameters)
{
	init_gpio();
	while(1)
	{
		gpio_bit_write(GPIOC,GPIO_PIN_5,gpio_output_bit_get(GPIOC,GPIO_PIN_5)?0:1);
		vTaskDelay(500);
	}
	
}


void task2(void *pvParameters)
{
	init_usart3();
	while(1)
	{
		printf("hello \r\n");
		vTaskDelay(500);
	}
	
}

在main.c中调用start_os()函数。

extern void start_os(void);

int main(void)
{
    systick_config();
	start_os();
}

编译下载运行，可以看到串口已经在输出了
在这里插入图片描述
运行正常。

4.4新建任务解析

新建步骤
1、先定义任务句柄

TaskHandle_t start_task_Handler

2、定义任务

void start_task(void *pvParameters)
{
	while(1)
	{
		
		vTaskDelay(500);
	}
}

每个任务都有一个while主循环，每个循环中要用vTaskDelay来确定任务的执行周期。vTaskDelay是相对定时，后面还有绝对定时函数，后面用到再进行说明。

3、创建任务

xTaskCreate(start_task,"start_task",128,NULL,2,&task1_Handler);

函数的原型如下：

    BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                            const char * const pcName, /*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
                            const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
                            void * const pvParameters,
                            UBaseType_t uxPriority,
                            TaskHandle_t * const pxCreatedTask )

其中：

pxTaskCode:任务函数的名称
pcName：定义一个能看到的任务名称，为字符串，可以与任务函数不同。后续可以通过xTaskGetHandle()函数来获取到这个函数的句柄。长度定义在configMAX_TASK_NAME_LEN，默认是16字节
usStackDepth：定义栈空间大小，configSTACK_DEPTH_TYPE默认定义的是uint16_t，也就是说，当usStackDepth=100实际的堆栈空间大小为200字节。usStackDepth最小值为configMINIMAL_STACK_SIZE，默认定义是128。所以每个任务堆栈最小为256字节
pvParameters：传递给任务的参数
uxPriority：任务优先级，范围 0~ configMAX_PRIORITIES-1。
pxCreatedTask ：任务句柄

返回值为