从0到1学习FreeRTOS（FreeRTOS 内核应用开发：（一）移植FreeRTOS到STM32第一部分）从0到1攻破FreeRTOS

一、 STM32 的裸机工程模板：
相信学FreeRTOS的同学一定学过stm32，所以可以用自己的工程作为模板即可。
或者去火哥论坛下一份模板程序。
二、下载 FreeRTOS V9.0.0 源码：
获取 FreeRTOS 的官方的源码包。官网： https://www.freertos.org/下载

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

文章图片

三、FreeRTOS 文件夹内容简介：
1、FreeRTOS 文件夹：
FreeRTOS 包含 Demo 例程和内核源码（非常重要），具体见下图。 FreeRTOS 文件夹下的 Source 文件夹里面包含的是 FreeRTOS 内核的源代码； FreeRTOS 文件夹下的Demo 文件夹里面包含了 FreeRTOS 官方为各个单片机移植好的工程代码， FreeRTOS 为了推广自己，会给各种半导体厂商的评估板写好完整的工程程序，这些程序就放在 Demo 这个目录下，这部分 Demo 非常有参考价值。我们把 FreeRTOS 到 STM32 的时候，FreeRTOSConfig.h 这个头文件就是从这里拷贝过来的，下面我们对 FreeRTOS 的文件夹进行分析说明。

文章图片

（1）Source 文件夹：

文章图片

portable文件夹：

文章图片

（1.1 ）RVDS文件夹：
STM32 有 M0、 M3、 M4 等各种系列， FreeRTOS 是一个软件，单片机是一个硬件， FreeRTOS 要想运行在一个单片机上面，它们就必须关联在一起，还是得通过写代码来关联，这部分关联的文件叫接口文件，通常由汇编和 C 联合编写。

文章图片

（1.1.1）ARM_CM3 文件夹为例，里面只有“port.c”与“portmacro.h”两个文件， port.c 文件里面的内容是由 FreeRTOS 官方的技术人员为 Cortex-M3 内核的处理器写的接口文件，里面核心的上下文切换代码是由汇编语言编写而成；portmacro.h 则是 port.c 文件对应的头文件，主要是一些数据类型和宏定义。
（1.2） MemMang文件夹：
存放的是跟内存管理相关的，总共有五个 heap 文件以及一个 readme 说明文件，这五个 heap 文件在移植的时候必须使用一个，因为 FreeRTOS 在创建内核对象的时候使用的是动态分配内存，而这些动态内存分配的函数则在这几个文件里面实现，不同的分配算法会导致不同的效率与结果，后面在内存管理中我们会讲解每个文件的区别，由于现在是初学，所以我们选用 heap4.c 即可。

文章图片

（2）Demo文件夹：
这个目录下内容就是 Deme 例程，我们可以直接打开里面的工程文件，各种开发平台的完整 Demo，开发者可以方便的以此搭建出自己的项目，甚至直接使用。 FreeRTOS 当然也为 ST 写了很多 Demo，其中就有 F1、 F4、 F7 等工程，这样子对我们学习 FreeRTOS 是非常方便的，当遇到不懂的直接就可以参考官方的 Demo，具体见下图。

文章图片

（3） License 文件夹：
这里面只有一个许可文件“license.txt”，用 FreeRTOS 做产品的话就需要看看这个文件，但是我们是学习 FreeRTOS，所以暂时不需要理会这个文件。
2、FreeRTOS-Plus 文件夹：
FreeRTOS-Plus 文件夹里面包含的是第三方的产品，一般我们不需要使用， FreeRTOSPlus 的预配置演示项目组件（组件大多数都要收费），大多数演示项目都是在 Windows 环境中运行的，使用 FreeRTOS windows 模拟器，所以暂时不需要关注这个文件夹。
3、HTML 文件：
一些直接可以打开的网页文件，里面包含一些关于 FreeRTOS 的介绍，是 FreeRTOS官方人员所写，所以都是英文的，有兴趣可以打开看看，具体相关内容可以看 HTML 文件名称。
四、向裸机工程添加 FreeRTOS 源码：
1、提取 FreeRTOS 最简源码：
① 在STM32 裸机工程模板根目录下新建一个文件夹，命名为“FreeRTOS”，并且在 FreeRTOS 文件夹下新建两个空文件夹，分别命名为“src”与“port”， src 文件夹用于保存 FreeRTOS 中的核心源文件，也就是我们常说的‘.c 文件’， port 文件夹用于保存内存管理以及处理器架构相关代码，这些代码FreeRTOS 官方已经提供给我们的，直接使用即可，在前面已经说了， FreeRTOS是软件，我们的开发版是硬件，软硬件必须有桥梁来连接，这些与处理器架构相关的代码，可以称之为 RTOS 硬件接口层，它们位于 FreeRTOS/Source/Portable 文件夹下。
② 打开 FreeRTOS V9.0.0 源码，在“FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Source”目录下找到所有的‘.c 文件’，将它们拷贝到我们新建的 src 文件夹中，具体见下图。

文章图片

③ 打开 FreeRTOS V9.0.0 源码，在“FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Source\portable”目录下找到“ MemMang”文件夹与“ RVDS”文件夹，将它们拷贝到我们新建的port 文件夹中，具体见下图：

文章图片

④ 打开 FreeRTOS V9.0.0 源码，在“FreeRTOSv9.0.0\ FreeRTOS\Source”目录下找到“include”文件夹，它是我们需要用到 FreeRTOS 的一些头文件，将它直接拷贝到我们新建的 FreeRTOS 文件夹中，完成这一步之后就可以看到我们新建的FreeRTOS 文件夹已经有 3 个文件夹，这 3 个文件夹就包含 FreeRTOS 的核心文件，至此， FreeRTOS 的源码就提取完成，具体见下图。

文章图片

2、拷贝 FreeRTOS 到裸机工程根目录：
鉴于 FreeRTOS 容量很小，我们直接将刚刚提取的整个 FreeRTOS 文件夹拷贝到我们的 STM32 裸机工程里面，让整个 FreeRTOS 跟随我们的工程一起发布，使用这种方法打包的 FreeRTOS 工程，即使是将工程拷贝到一台没有安装 FreeRTOS 支持包（ MDK 中有FreeRTOS 的支持包）的电脑上面都是可以直接使用的，因为工程已经包含了 FreeRTOS 的源码。具体见下图。

文章图片

3、拷贝 FreeRTOSConfig.h 文件到 user 文件夹：
FreeRTOSConfig.h 文件是 FreeRTOS 的工程配置文件，因为 FreeRTOS 是可以裁剪的实时操作内核，应用于不同的处理器平台，用户可以通过修改这个 FreeRTOS 内核的配置头文件来裁剪 FreeRTOS 的功能，所以我们把它拷贝一份放在 user 这个文件夹下面。打开 FreeRTOSv9.0.0 源码，在“ FreeRTOSv9.0.0\FreeRTOS\Demo”文件夹下面找到“ CORTEX_STM32F103_Keil ” 这个文件夹，双击打开，在其根目录下找到这个“FreeRTOSConfig.h”文件，然后拷贝到我们工程的 user 文件夹下即可，等下我们需要对这个文件进行修改。 user 文件夹，见名知义我们就可以知道里面存放的文件都是用户自己编写的。

文章图片

4、添加 FreeRTOS 源码到工程组文件夹：
在上一步我们只是将 FreeRTOS 的源码放到了本地工程目录下，还没有添加到开发环境里面的组文件夹里面， FreeRTOS 也就没有移植到我们的工程中去。
① 新建 FreeRTOS/src 和 FreeRTOS/port 组：
接下来我们在开发环境里面新建 FreeRTOS/src 和 FreeRTOS/port 两个组文件夹，其中FreeRTOS/src 用于存放 src 文件夹的内容， FreeRTOS/port 用于存放 port\MemMang 文件夹与 port\RVDS\ARM_CM？文件夹的内容，“？”表示 3、 4 或者 7，具体选择哪个得看你
使用的是哪个型号的 STM32 开发板，具体见下表。

文章图片

然后我们将工程文件中 FreeRTOS 的内容添加到工程中去，按照已经新建的分组添加我们的 FreeRTOS 工程源码。
在 FreeRTOS/port 分组中添加 MemMang 文件夹中的文件只需选择其中一个即可，我们选择“heap_4.c”，这是 FreeRTOS 的一个内存管理源码文件。同时，需要根据自己的开发板型号在 FreeRTOS\port\RVDS\ARM_CM?中选择，“？”表示 3、 4 或者 7，具体选择哪个得看你使用的是哪个型号的 STM32 开发板，具体见上表。然后在 user 分组中添加我们 FreeRTOS 的配置问件“FreeRTOSConfig.h”，因为这是头文件（ .h），所以需要在添加时选择文件类型为“ All files (*.*)”，至此我们的FreeRTOS 添加到工程中就已经完成，完成的效果具体见下图。

文章图片

② 指定 FreeRTOS 头文件的路径：
FreeRTOS 的源码已经添加到开发环境的组文件夹下面，编译的时候需要为这些源文件指定头文件的路径，不然编译会报错。FreeRTOS 的源码里面只有 FreeRTOS\include 和FreeRTOS\port\RVDS\ARM_CM？这两个文件夹下面有头文件，只需要将这两个头文件的路径在开发环境里面指定即可。同时我们还将 FreeRTOSConfig.h 这个头文件拷贝到了工程根目录下的 user 文件夹下，所以 user 的路径也要加到开发环境里面。 FreeRTOS 头文件的路径添加完成后的效果具体见下图。

文章图片

至此， FreeRTOS 的整体工程基本移植完毕，我们需要修改 FreeRTOS 配置文件，按照我们的需求来进行修改。
③ 修改 FreeRTOSConfig.h：
FreeRTOSConfig.h 是直接从 demo 文件夹下面拷贝过来的，该头文件对裁剪整个FreeRTOS 所需的功能的宏均做了定义，有些宏定义被使能，有些宏定义被失能，一开始我们只需要配置最简单的功能即可。要想随心所欲的配置 FreeRTOS 的功能，我们必须对这些宏定义的功能有所掌握，下面我们先简单的介绍下这些宏定义的含义，然后再对这些宏定义进行修改。
注意：此 FreeRTOSConfig.h 文件内容与我们从 demo 移植过来的 FreeRTOSConfig.h 文件不一样，因为这是经过火哥修改过的 FreeRTOSConfig.h 文件，并不会影响 FreeRTOS 的功能，只是添加了一些中文注释，并且把相关的头文件进行分类，方便查找宏定义已经阅读，仅此而已。强烈建议使用我们修加工过的 FreeRTOSConfig.h 文件。
所以请将下面代码，复制粘贴替换掉我们原来的FreeRTOSConfig.h 里面的内容。

/* FreeRTOS V9.0.0 - Copyright (C) 2016 Real Time Engineers Ltd. All rights reservedVISIT http://www.FreeRTOS.org TO ENSURE YOU ARE USING THE LATEST VERSION.This file is part of the FreeRTOS distribution.FreeRTOS is free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License (version 2) as published by the Free Software Foundation >>>> AND MODIFIED BY <<<< the FreeRTOS exception.*************************************************************************** >>!NOTE: The modification to the GPL is included to allow you to!<< >>!distribute a combined work that includes FreeRTOS without being!<< >>!obliged to provide the source code for proprietary components!<< >>!outside of the FreeRTOS kernel.!<< ***************************************************************************FreeRTOS is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.Full license text is available on the following link: http://www.freertos.org/a00114.html*************************************************************************** ** *FreeRTOS provides completely free yet professionally developed,* *robust, strictly quality controlled, supported, and cross* *platform software that is more than just the market leader, it* *is the industry's de facto standard.* ** *Help yourself get started quickly while simultaneously helping* *to support the FreeRTOS project by purchasing a FreeRTOS* *tutorial book, reference manual, or both:* *http://www.FreeRTOS.org/Documentation* ** ***************************************************************************http://www.FreeRTOS.org/FAQHelp.html - Having a problem?Start by reading the FAQ page "My application does not run, what could be wrong?".Have you defined configASSERT()?http://www.FreeRTOS.org/support - In return for receiving this top quality embedded software for free we request you assist our global community by participating in the support forum.http://www.FreeRTOS.org/training - Investing in training allows your team to be as productive as possible as early as possible.Now you can receive FreeRTOS training directly from Richard Barry, CEO of Real Time Engineers Ltd, and the world's leading authority on the world's leading RTOS.http://www.FreeRTOS.org/plus - A selection of FreeRTOS ecosystem products, including FreeRTOS+Trace - an indispensable productivity tool, a DOS compatible FAT file system, and our tiny thread aware UDP/IP stack.http://www.FreeRTOS.org/labs - Where new FreeRTOS products go to incubate. Come and try FreeRTOS+TCP, our new open source TCP/IP stack for FreeRTOS.http://www.OpenRTOS.com - Real Time Engineers ltd. license FreeRTOS to High Integrity Systems ltd. to sell under the OpenRTOS brand.Low cost OpenRTOS licenses offer ticketed support, indemnification and commercial middleware.http://www.SafeRTOS.com - High Integrity Systems also provide a safety engineered and independently SIL3 certified version for use in safety and mission critical applications that require provable dependability.*/#ifndef FREERTOS_CONFIG_H #define FREERTOS_CONFIG_H#include "stm32f4xx.h" #include "bsp_debug_usart.h"//针对不同的编译器调用不同的stdint.h文件 #if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__) #include extern uint32_t SystemCoreClock; #endif//断言 #define vAssertCalled(char,int) printf("Error:%s,%d\r\n",char,int) #define configASSERT(x) if((x)==0) vAssertCalled(__FILE__,__LINE__)/************************************************************************ *FreeRTOS基础配置配置选项 *********************************************************************/ /* 置1：RTOS使用抢占式调度器；置0：RTOS使用协作式调度器（时间片） * * 注：在多任务管理机制上，操作系统可以分为抢占式和协作式两种。 * 协作式操作系统是任务主动释放CPU后，切换到下一个任务。 * 任务切换的时机完全取决于正在运行的任务。 */ #define configUSE_PREEMPTION1//1使能时间片调度(默认式使能的) #define configUSE_TIME_SLICING1/* 某些运行FreeRTOS的硬件有两种方法选择下一个要执行的任务： * 通用方法和特定于硬件的方法（以下简称“特殊方法”）。 * * 通用方法： *1.configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 为 0 或者硬件不支持这种特殊方法。 *2.可以用于所有FreeRTOS支持的硬件 *3.完全用C实现，效率略低于特殊方法。 *4.不强制要求限制最大可用优先级数目 * 特殊方法： *1.必须将configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION设置为1。 *2.依赖一个或多个特定架构的汇编指令（一般是类似计算前导零[CLZ]指令）。 *3.比通用方法更高效 *4.一般强制限定最大可用优先级数目为32 * 一般是硬件计算前导零指令，如果所使用的，MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0！ */ #define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION1/* 置1：使能低功耗tickless模式；置0：保持系统节拍（tick）中断一直运行 * 假设开启低功耗的话可能会导致下载出现问题，因为程序在睡眠中,可用以下办法解决 * * 下载方法： *1.将开发版正常连接好 *2.按住复位按键，点击下载瞬间松开复位按键 * *1.通过跳线帽将 BOOT 0 接高电平(3.3V) *2.重新上电，下载 * *1.使用FlyMcu擦除一下芯片，然后进行下载 *STMISP -> 清除芯片(z) */ #define configUSE_TICKLESS_IDLE0/* * 写入实际的CPU内核时钟频率，也就是CPU指令执行频率，通常称为Fclk * Fclk为供给CPU内核的时钟信号，我们所说的cpu主频为 XX MHz， * 就是指的这个时钟信号，相应的，1/Fclk即为cpu时钟周期； */ #define configCPU_CLOCK_HZ(SystemCoreClock)//RTOS系统节拍中断的频率。即一秒中断的次数，每次中断RTOS都会进行任务调度 #define configTICK_RATE_HZ(( TickType_t )1000)//可使用的最大优先级 #define configMAX_PRIORITIES(32)//空闲任务使用的堆栈大小 #define configMINIMAL_STACK_SIZE((unsigned short)128)//任务名字字符串长度 #define configMAX_TASK_NAME_LEN(16) //系统节拍计数器变量数据类型，1表示为16位无符号整形，0表示为32位无符号整形 #define configUSE_16_BIT_TICKS0//空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务 #define configIDLE_SHOULD_YIELD1//启用队列 #define configUSE_QUEUE_SETS0//开启任务通知功能，默认开启 #define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS1//使用互斥信号量 #define configUSE_MUTEXES0//使用递归互斥信号量 #define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES0//为1时使用计数信号量 #define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES0/* 设置可以注册的信号量和消息队列个数 */ #define configQUEUE_REGISTRY_SIZE10#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG0/***************************************************************** FreeRTOS与内存申请有关配置选项 *****************************************************************/ //支持动态内存申请 #define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION1 //支持静态内存 #define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION0 //系统所有总的堆大小 #define configTOTAL_HEAP_SIZE((size_t)(36*1024))/*************************************************************** FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项 **************************************************************/ /* 置1：使用空闲钩子（Idle Hook类似于回调函数）；置0：忽略空闲钩子 * * 空闲任务钩子是一个函数，这个函数由用户来实现， * FreeRTOS规定了函数的名字和参数：void vApplicationIdleHook(void )， * 这个函数在每个空闲任务周期都会被调用 * 对于已经删除的RTOS任务，空闲任务可以释放分配给它们的堆栈内存。 * 因此必须保证空闲任务可以被CPU执行 * 使用空闲钩子函数设置CPU进入省电模式是很常见的 * 不可以调用会引起空闲任务阻塞的API函数 */ #define configUSE_IDLE_HOOK0/* 置1：使用时间片钩子（Tick Hook）；置0：忽略时间片钩子 * * * 时间片钩子是一个函数，这个函数由用户来实现， * FreeRTOS规定了函数的名字和参数：void vApplicationTickHook(void ) * 时间片中断可以周期性的调用 * 函数必须非常短小，不能大量使用堆栈， * 不能调用以”FromISR" 或 "FROM_ISR”结尾的API函数 */ /*xTaskIncrementTick函数是在xPortSysTickHandler中断函数中被调用的。因此，vApplicationTickHook()函数执行的时间必须很短才行*/ #define configUSE_TICK_HOOK0//使用内存申请失败钩子函数 #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK0 /* * 大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能 * 用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话 * 此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法 */ #define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW0/******************************************************************** FreeRTOS与运行时间和任务状态收集有关的配置选项 **********************************************************************/ //启用运行时间统计功能 #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS0 //启用可视化跟踪调试 #define configUSE_TRACE_FACILITY0 /* 与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数 * prvWriteNameToBuffer() * vTaskList(), * vTaskGetRunTimeStats() */ #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1/******************************************************************** FreeRTOS与协程有关的配置选项 *********************************************************************/ //启用协程，启用协程以后必须添加文件croutine.c #define configUSE_CO_ROUTINES0 //协程的有效优先级数目 #define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES( 2 )/*********************************************************************** FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项 **********************************************************************/ //启用软件定时器 #define configUSE_TIMERS0 //软件定时器优先级 #define configTIMER_TASK_PRIORITY(configMAX_PRIORITIES-1) //软件定时器队列长度 #define configTIMER_QUEUE_LENGTH10 //软件定时器任务堆栈大小 #define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH(configMINIMAL_STACK_SIZE*2)/************************************************************ FreeRTOS可选函数配置选项 ************************************************************/ #define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState1 #define INCLUDE_vTaskPrioritySet1 #define INCLUDE_uxTaskPriorityGet1 #define INCLUDE_vTaskDelete1 #define INCLUDE_vTaskCleanUpResources1 #define INCLUDE_vTaskSuspend1 #define INCLUDE_vTaskDelayUntil1 #define INCLUDE_vTaskDelay1 #define INCLUDE_eTaskGetState1 #define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall0 //#define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle1 //#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark0 //#define INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle0/****************************************************************** FreeRTOS与中断有关的配置选项 ******************************************************************/ #ifdef __NVIC_PRIO_BITS #define configPRIO_BITS__NVIC_PRIO_BITS #else #define configPRIO_BITS4 #endif //中断最低优先级 #define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY15//系统可管理的最高中断优先级 #define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5 #define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) ) /* 240 */#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )/**************************************************************** FreeRTOS与中断服务函数有关的配置选项 ****************************************************************/ #define xPortPendSVHandlerPendSV_Handler #define vPortSVCHandlerSVC_Handler/* 以下为使用Percepio Tracealyzer需要的东西，不需要时将 configUSE_TRACE_FACILITY 定义为 0 */ #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) #include "trcRecorder.h" #define INCLUDE_xTaskGetCurrentTaskHandle1// 启用一个可选函数（该函数被 Trace源码使用，默认该值为0 表示不用） #endif#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

这里非常感谢火哥一直以来的教学，我也为火哥做点贡献，提供火哥的论坛、官网和淘宝店铺。
论坛：http://www.firebbs.cn/forum.php
店铺：https://fire-stm32.taobao.com/
官网：http://embedfire.com/
【从0到1学习FreeRTOS（FreeRTOS 内核应用开发：（一）移植FreeRTOS到STM32第一部分）】