STM32F103移植uCOS |
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STM32F103移植uCOS
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本文主要叙述使用STM32F103C8T6移植uCOSIII操作系统，构建3个任务，以1s和3s洲际对LED进行点亮-熄灭控制，以2s周期通过串口发送“hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境！”。在掌握Keil仿真调试代码功能以外，使用SaleaeLogic16抓取LED和串口通信的波形。 实验软件：Keil μVision5、STM32CubeMX、Logic 1.1.20 文章目录 一、uCOSIII简介二、创建工程三、移植工程1. 工程文件中添加文件2. Keil中添加文件3. 修改代码3.1 启动文件3.2 app_cfg.h3.3 includes.h3.4 lib_cfg.h3.5 详细代码 四、实验结果1. 软件仿真2. 硬件效果3. 逻辑分析 五、实验总结六、参考资料 一、uCOSIII简介uCOS-III由Micrium公司提供，是一个可移植、可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核，它适用于多种微处理器，微控制器和数字处理芯片。μC/OS-III是源码公开的商用嵌入式实时操作系统内核，由著名的μC/OS-II发展而来。μC/OS-III针对以ARM Cortex为代表的新一代CPtJ，面向带有可用于优先级查表的硬件指令(如，前导零计算指令)的CPU的嵌入式应用。百度百科上有ucos ii的讲解，可以当作参考。 进入Micrium公司官网下载中心 Micrium Software and Documentation - Silicon Labs (silabs.com) 选择芯片，按照提示注册，登录账号并下载。官网下载速度比较慢，也可以在本文参考资料中的博客链接中下载。 除了在官网下载，也可以在Github上下载源码。 https://github.com/weston-embedded/uC-OS2 由于uCOSIII适用于很多芯片，所以需要根据芯片的不同进行相应的代码修改，所以Guthub上面的代码会与本次的有所不同。 或者可以使用百度网盘下载，里面有Github上的源码以及本次实验的源码 链接：https://pan.baidu.com/s/16RfDGC2orYDTk_0OU2oo8A 提取码：1234 关于uCOSIII的中文资料比较多，可以参考相关博客和资料自行学习，本文不做过多讲解。可以参考官方移植手册，链接如下。 链接：https://pan.baidu.com/s/1O8XIPic_MsgGmmR5nj3KpA 提取码：1234 二、创建工程创建方法可以参考 STM32CubeMX的安装与简单应用_江南烟浓雨的博客-CSDN博客 STM32F103串口通信USART小试牛刀_江南烟浓雨的博客-CSDN博客 STM32F103中断串口通信USART_江南烟浓雨的博客-CSDN博客_stm32f103 串口中断 本次实验没有使用中断，所以不需要配置中断。相关配置如下图。
注意：不同MDK版本文件结构略有不同 笔者选择V5版本，文件结构如下（加入了uCOSIII文件夹）：
在创建的HAL工程文件目录下创建文件夹，命名为uCOSIII，将uC-CPU、uC-LIB、uCOS-III文件夹复制粘贴到此文件夹中。
然后在/Core/Src目录下新建OS文件夹
打开下载的源码，将路径/Micrium/Micrium/Software/EvalBoards/Micrium/uC-Eval-STM32F107/uCOS-III下的文件：app.c、app_cfg.h、cpu_cfg.h、includes.h、lib_cfg.h、os_app_hooks.c、os_app_hook.h、os_cfg.h、os_cfg_app.h复制到OS文件夹中，同时新建三个空白文件：bsp.c、bsp.h、app.h
关于如何添加C文件和头文件可以参考STM32F103点亮LED流水灯_江南烟浓雨的博客-CSDN博客。为了方便管理和易于理解uCOSIII的文件体系，通常按照下述方法来设置分组（所以理论上可以随便放在工程目录中） 点击Manage Project Items...按钮。
然后创建如下的分组bsp、uCOSIII_CPU、uCOSIII_LIB、uCOSIII_Ports、uCOSIII_Source、OS_cfg。
在Application/User/Core分组中添加app.c文件，app.c在/Core/Src/OS目录中
在bsp分组中添加bsp.c文件，bsp.c在/Core/Src/OS目录中
在uCOSIII_CPU分组中添加如下的文件cpu_core.c、cpu_a.asm、cpu_c.c
文件位置如下表对应关系 文件名位置cpu_core.c\uCOSIII\uC-CPUcpu_a.asm\uCOSIII\uC-CPU\ARM-Cortex-M3\RealViewcpu_c.c\uCOSIII\uC-CPU\ARM-Cortex-M3\RealView在uCOSIII_LIB分组中添加如下文件lib_ascii.c、lib_math.c、lib_mem.c、lib_str.c、lib_mem_a.sam
文件位置如下表对应关系 文件名位置*.c\uCOSIII\uC-LIBlib_mem_a.asm\uCOSIII\uC-LIB\Ports\ARM-Cortex-M3\RealView在uCOSIII_Ports分组中添加os_cpu_a.s、os_cpu_c.c，位置在\uCOSIII\uCOS-III\Ports\ARM-Cortex-M3\Generic\RealView目录下
在uCOSIII_Source分组中添加如下的文件
文件位置在\uCOSIII\uCOS-III\Source目录下，共计18个文件
最后在OS_cfg分组中添加os_app_hooks.c文件，文件位置在\Core\Src\OS
接下来添加头文件，如下图所示
将Application/MDK-ARM分组下启动文件startup_stm32f103xb.s中的PendSV_Handler和SysTick_Handler修改为OS_CPU_PendSVHandler和OS_CPU_SysTickHandler DCD OS_CPU_PendSVHandler ; PendSV Handler DCD OS_CPU_SysTickHandler ; SysTick Handler
同样的，将下面的函数声明修改为 OS_CPU_PendSVHandler PROC EXPORT OS_CPU_PendSVHandler [WEAK] B . ENDP OS_CPU_SysTickHandler PROC EXPORT OS_CPU_SysTickHandler [WEAK] B . ENDP
注意：由于没有添加头文件进入分组，所以打开头文件可以通过两种方式：一、编译C文件，然后点击+号，下拉找到头文件。如app_cfg.h可以在app.c中找到；二、在工程目录下找到该头文件，拖拽到keil打开编辑 将42行的DEF_ENABLED修改为DEF_DISABLED #define APP_CFG_SERIAL_EN DEF_DISABLED
将85行的#define APP_TRACE BSP_Ser_Printf修改为#define APP_TRACE(void) #define APP_TRACE(void)
可以在app.c编译后下拉文件中找到该头文件 在68行添加包含库文件 #include #include "gpio.h" #include "app_cfg.h" #include "app.h"
将89行的#include修改为#include "stm32f1xx_hal.h" #include "stm32f1xx_hal.h" 3.4 lib_cfg.h可以在app.c编译后下拉文件中找到该头文件 在第120行修改堆空间的大小，根据芯片的不同进行相应的调整，本次实验采用STM32F103C8T6芯片，芯片RAM大小很小，所以将该参数修改为5u*1024u #define LIB_MEM_CFG_HEAP_SIZE 5u * 1024u /* Configure heap memory size [see Note #2a]. */由于使用了重定向的printf函数，所以需要在设置中勾选Use MicroLIB，并添加重定向函数，如在usart.c文件中添加下面的语句 typedef struct __FILE FILE; /* USER CODE BEGIN 0 */ /* USER CODE BEGIN 1 */ int fputc(int ch,FILE *f){ HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff); return ch; }
bsp.h // bsp.h #ifndef __BSP_H__ #define __BSP_H__ #include "stm32f1xx_hal.h" void BSP_Init(void); #endifbsp.c // 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 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); } #endifmain.c /* USER CODE END Header */ /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "main.h" #include "gpio.h" #include "usart.h" /* Private includes ----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN Includes */ #include #include "stm32f1xx_hal.h" /* USER CODE END Includes */ /* Private define ------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PD */ /* 任务优先级 */ #define START_TASK_PRIO 3 #define LED1_TASK_PRIO 4 #define MSG_TASK_PRIO 5 #define LED2_TASK_PRIO 6 /* 任务堆栈大小 */ #define START_STK_SIZE 96 #define LED1_STK_SIZE 64 #define MSG_STK_SIZE 64 #define LED2_STK_SIZE 64 /* 任务栈 */ CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE]; CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE]; CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE]; CPU_STK LED2_TASK_STK[LED2_STK_SIZE]; /* 任务控制块 */ OS_TCB StartTaskTCB; OS_TCB Led1TaskTCB; OS_TCB MsgTaskTCB; OS_TCB Led2TaskTCB; /* 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_pa1(void *p_arg); static void send_msg(void *p_arg); static void led_pa2(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LED1任务 */ OSTaskCreate((OS_TCB * )&Led1TaskTCB, (CPU_CHAR * )"led_pa1", (OS_TASK_PTR )led_pa1, (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LED2任务 */ OSTaskCreate((OS_TCB * )&Led2TaskTCB, (CPU_CHAR * )"led_pa2", (OS_TASK_PTR )led_pa2, (void * )0, (OS_PRIO )LED2_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&LED2_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)LED2_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)LED2_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_pa1 (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(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,GPIO_PIN_RESET); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin,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_pa2 (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(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,GPIO_PIN_RESET); OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin,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****/ 四、实验结果 1. 软件仿真首先我们可以通过keil来仿真查看LED和串口是否正常达到实验效果，但是由于一些原因，这里需要点击多次运行按钮才能得到一小段波形图，所以很难达到实验预期效果。软件仿真可以参考Keil环境配置及stm32程序的仿真调试_江南烟浓雨的博客-CSDN博客和 STM32CubeMX的安装与简单应用_江南烟浓雨的博客-CSDN博客
首先打开串口，芯片会以3s的周期向电脑发送文字。
连接好电路后（PA1和PA2连接两个LED灯）
将逻辑分析仪连接LED1、LED2和串口的RX和TX 注意：逻辑分析仪通过USB接口与电脑相连，所以与STM32芯片连接相同的电源，也就是同时连接同一台电脑 设置采样率和采样时间，可以得到下面的波形
查看CH0和CH1，即LED1和LED2，符合实验预期效果。 因为串口设置的波特率为115200，所以需要放大观察接收到的数据
观察波形可以观察到起始位。设置采样率为5k/s，波特率为115200，所以一比特的数据长度为1/115200s，但是由于采样率的限制，会导致出现周期为10μs的波形。感兴趣的读者可以根据以上数据分析波形，根据奈奎斯特采样定律分析结果。（如果说的有问题请在评论区留言指正，或者私信探讨） 五、实验总结通过本次实验，完成了uCOSIII操作系统的移植。当然，uCOSIII的很多方面还需要慢慢的学习。实验过程中也遇到了很多BUG和问题，在这里感谢网络上提供的资料。最后附上实验源码 链接：https://pan.baidu.com/s/1CY_iYus_ao-krWzm6rYQlw 提取码：1234 六、参考资料uCOSII 百度百科 STM32F103中断串口通信USART_江南烟浓雨的博客-CSDN博客 STM32F103点亮LED流水灯_江南烟浓雨的博客-CSDN博客 STM32CubeMX的安装与简单应用_江南烟浓雨的博客-CSDN博客 STM32F103C8T6移植uCOS基于HAL库_机智的橙子的博客-CSDN博客 |
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