FreeRTOS stm32 完整移植包

介绍freertos在stm32上的移植说明，每一步都很详细，让你学会在stm32+freeRTOS的平台上开发应用程序

一、各文件关键部分的实现：

1、PORTMACRO.H 宏定义部分
1）定义编译器相关的各种数据类型
#define portCHAR char
#define portFLOAT float
#define portDOUBLE double
#define portLONG long
#define portSHORT short
#define portSTACK_TYPE unsigned portLONG
#define portBASE_TYPE long

2）架构相关的定义
Cortex-M3的堆栈增长方向为高地址向低地址增长
#define portSTACK_GROWTH ( -1 )
每毫秒的心跳次数
#define portTICK_RATE_MS ( ( portTickType ) 1000 / configTICK_RATE_HZ )
访问SRAM的字节对齐
#define portBYTE_ALIGNMENT 8

3）定义用户主动引起内核调度的2个函数
强制上下文切换，用在任务环境中调用
#define portYIELD() vPortYieldFromISR()
强制上下文切换，用在中断处理环境中调用
#define portEND_SWITCHING_ISR( xSwitchRequired ) if( xSwitchRequired ) vPortYieldFromISR()

4）定义临界区的管理函数
中断允许和关闭
#define portDISABLE_INTERRUPTS() vPortSetInterruptMask()
#define portENABLE_INTERRUPTS() vPortClearInterruptMask()
临界区进入和退出
#define portENTER_CRITICAL() vPortEnterCritical()
#define portEXIT_CRITICAL() vPortExitCritical()
用于在中断环境的中断允许和关闭
#define portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR() 0;vPortSetInterruptMask()
#define portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(x) vPortClearInterruptMask();(void)x

2、PORT.C C接口部分
1）堆栈初始化
portSTACK_TYPE *pxPortInitialiseStack( portSTACK_TYPE *pxTopOfStack, pdTASK_CODE pxCode, void *pvParameters )
{
*pxTopOfStack = portINITIAL_XPSR; /* 程序状态寄存器 */
pxTopOfStack--;
*pxTopOfStack = ( portSTACK_TYPE ) pxCode; /* 任务的入口点 */
pxTopOfStack--;
*pxTopOfStack = 0; /* LR */
pxTopOfStack -= 5; /* R12, R3, R2 and R1. */
*pxTopOfStack = ( portSTACK_TYPE ) pvParameters; /* 任务的参数 */
pxTopOfStack -= 8; /* R11, R10, R9, R8, R7, R6, R5 and R4. */
return pxTopOfStack;
}

2）启动任务调度
portBASE_TYPE xPortStartScheduler( void )
{
让任务切换中断和心跳中断位于最低的优先级，使更高优先级可以抢占mcu
*(portNVIC_SYSPRI2) |= portNVIC_PENDSV_PRI;
*(portNVIC_SYSPRI2) |= portNVIC_SYSTICK_PRI;

设置并启动系统的心跳时钟
prvSetupTimerInterrupt();

初始化临界区的嵌套的个数
uxCriticalNesting = 0;

启动第一个任务
vPortStartFirstTask();

执行到vPortStartFirstTask函数，内核已经开始正常的调度
return 0;
}

3）主动释放mcu使用权
void vPortYieldFromISR( void )
{
触发PendSV系统服务中断，中断到来时由汇编函数xPortPendSVHandler()处理
*(portNVIC_INT_CTRL) = portNVIC_PENDSVSET;
}
进入临界区时，首先关闭中断；当退出所以嵌套的临界区后再使能中断
void vPortEnterCritical( void )
{
portDISABLE_INTERRUPTS();
uxCriticalNesting++;
}
void vPortExitCritical( void )
{
uxCriticalNesting--;
if( uxCriticalNesting == 0 )
{
portENABLE_INTERRUPTS();
}
}
4）心跳时钟处理函数
void xPortSysTickHandler( void )
{
unsigned portLONG ulDummy;

如果是抢占式调度，首先看一下有没有需要调度的任务
#if configUSE_PREEMPTION == 1
*(portNVIC_INT_CTRL) = portNVIC_PENDSVSET;
#endif

ulDummy = portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();
{ 通过task.c的心跳处理函数vTaskIncrementTick()，进行时钟计数和延时任务的处理
vTaskIncrementTick();
}
portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR( ulDummy );
}

3、PORTASM.S 汇编处理部分
1）请求切换任务
xPortPendSVHandler:
保存当前任务的上下文到其任务控制块
mrs r0, psp
ldr r3, =pxCurrentTCB 获取当前任务的任务控制块指针
ldr r2, [r3]

stmdb r0!, {r4-r11} 保存R4-R11到该任务的堆栈
str r0, [r2] 将最后的堆栈指针保存到任务控制块的pxTopOfStack

stmdb sp!, {r3, r14}
关闭中断
mov r0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
msr basepri, r0
切换任务的上下文，pxCurrentTCB已指向新的任务

bl vTaskSwitchContext
mov r0, #0
msr basepri, r0
ldmia sp!, {r3, r14}
恢复新任务的上下文到各寄存器
ldr r1, [r3]
ldr r0, [r1] /* The first item in pxCurrentTCB is the task top of stack. */
ldmia r0!, {r4-r11} /* Pop the registers. */
msr psp, r0
bx r14

2.）中断允许和关闭的实现，通过BASEPRI屏蔽相应优先级的中断源
vPortSetInterruptMask:
push { r0 }
mov R0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
msr BASEPRI, R0
pop { R0 }

bx r14

vPortClearInterruptMask:
PUSH { r0 }
MOV R0, #0
MSR BASEPRI, R0
POP { R0 }

bx r14

3）直接切换任务，用于vPortStartFirstTask第一次启动任务时初始化堆栈和各寄存器
vPortSVCHandler;
ldr r3, =pxCurrentTCB
ldr r1, [r3]
ldr r0, [r1]
ldmia r0!, {r4-r11}
msr psp, r0
mov r0, #0
msr basepri, r0
orr r14, r14, #13
bx r14

4）启动第一个任务的汇编实现
vPortStartFirstTask
通过中断向量表的定位堆栈的地址
ldr r0, =0xE000ED08 向量表偏移量寄存器 (VTOR)
ldr r0, [r0]
ldr r0, [r0]
msr msp, r0 将堆栈地址保存到主堆栈指针msp中
触发SVC软中断，由vPortSVCHandler()完成第一个任务的具体切换工作
svc 0

FreeRTOS内核调度器启动的流程如下：

以上3个文件实现了FreeRTOS内核调度所需的底层接口，相关代码十分精简。

二、创建测试任务：

下面创建第一个测试任务，LED测试
int main( void )
{
设置系统时钟，中断向量表和LED使用的GPIO
使用stm32的固件包提供的初始化函数，具体说明见相关手册
prvSetupHardware();

通过xTaskCreate()创建4个LED任务vLEDFlashTask(),
每个任务根据各自的频率闪烁,分别对应开发板上的4个LED
vStartLEDFlashTasks( mainFLASH_TASK_PRIORITY );

? 创建一个IDLE任务后，通过xPortStartScheduler启动调度器
vTaskStartScheduler();

调度器工作不正常时返回
return 0;
}

portTASK_FUNCTION()是FreeRTOS定义的函数声明，没特殊作用
static portTASK_FUNCTION( vLEDFlashTask, pvParameters )
{
……省略……，具体为计算各LED的闪烁频率
for(;;)
{
vTaskDelayUntil( &xLastFlashTime, xFlashRate );
vParTestToggleLED( uxLED );

vTaskDelayUntil()的延时时间xFlashRate，是从上一次的延时时间xLastFlashTime算起的，
相对vTaskDelay()的直接延时更为精准。
vTaskDelayUntil( &xLastFlashTime, xFlashRate );
vParTestToggleLED( uxLED );
}
}

FreeRTOS的任务创建与UC/OSII差异不大，主要参数为任务函数，堆栈大小和任务的优先级。如：
xTaskCreate( vLEDFlashTask, ( signed portCHAR * ) "LEDx", ledSTACK_SIZE, NULL, uxPriority, ( xTaskHandle * ) NULL );

下面再创建一个LCD显示任务，以最低优先级运行：
xTaskCreate( vLCDTask, ( signed portCHAR * ) "LCD", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, NULL );

void vLCDTask( void *pvParameters )
{
……省略……
for( ;; )
{
vTaskDelay(1000);
printf("%c ", usDisplayChar);
}
}
该任务很简单，每隔1000个ticks(就是1000ms)，从LCD上刷新一个数字。

至此，FreeRTOS在STM32上的移植基本完成。与UC/OSII相比，FreeRTOS精简的实现更适合用来学习实时操作系统的工作原理，对其进行剖析也相对容易。

接下来，我们将会移植CAN，RS485，SD卡和USB等接口到FreeRTOS，使其在STM32平台上更加完善。