第6章 RTX操作系统源码方式移植

     本章教程为大家将介绍RTX操作系统源码方式移植，移植工作比较简单，只需要用户添加需要的源码文件即可，不需要做任何的底层工作，也不需要用户做任何修改。

    本章教程含Cortex-M3内核的STM32F103的移植和Cortex-M4内核的STM32F407移植。

    6.1 移植前准备工作说明

    6.2 STM32F103源码方式移植RTX系统

    6.3 STM32F407源码方式移植RTX系统

    6.4         总结

1.  RTX系统软件开发平台仅支持MDK，建议使用MDK4.74，因为后面的例子都是以MDK4.74为平台。

1.     找一个简单的工程，最好是跑马灯之类的，越简单越好，我们就在这个简单的工程上面移植即可。

2.     大家使用的简单工程里面不能有SysTick，PendSV和SVC三个系统中断的使用，因为RTX系统要使用这三个中断。

6.2   STM32F103源码方式移植RTX系统
6.2.1      RTX操作系统移植

    首先准备好一个简单的裸机工程模板，工程模板的制作就不做讲解了，这里的重点是教大家移植RTX系统。准备好的工程模板如下图6.1所示（大家也可以制作其它任意的工程模板，不限制）：

图6.1 工程模板

    准备好工程模板后，就可以开始移植了。首先要做的就是将所有需要的源码文件放到工程模板里面

。下面分五步跟大家进行说明，当然，不限制必须使用下面的方法添加源码到工程，只要将需要的文件添加到工程模板即可。

第1步：在工程模板创建RTX文件夹

    再在RTX文件夹中创建如下三个文件夹

    inc文件夹用于存放头文件。

    portable文件夹用于存放移植接口文件。

    src文件夹用于存放源码文件。

第2步：添加源码文件到相应文件夹

     1.  文件夹inc中需要添加的文件如下：

文件RTL.h和RTX_Config.h在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RV31\INC

其余文件在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\SRC\CM

     2.  文件夹portable中需要添加的文件如下：

这5个文件在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\SRC\CM，其实HAL_CM1和HAL_CM4可以不必添加，因为这两个文件是分别用于CM1内核和CM4内核的芯片。

    3.   文件夹src中需要添加的文件如下：

这11个文件在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\SRC\CM

    4.   文件夹User中还需要添加如下两个文件：

文件RTX_Conf_CM.c在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\Config

文件RTX_Lib.c在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RV31\INC

第3步：将源码文件添加到MDK的工程项目中

    添加后的效果如下：

第4步：新创建一个includes.h文件，将所有的头文件都集中到这个头文件下。

     这样做的好处是引用头文件的时候，只添加这个头文件就可以了。includes.h文件放在了User文件夹中。然后再将这个文件也添加到MDK工程项目中

     Includes.h文件中的内容如下：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *
   
4. *    模块名称 : 头文件汇总
   
5. *    文件名称 : includes.h
   
6. *    版    本 : V1.0
   
7. *    说    明 : 当前使用头文件汇总
   
8. *
   
9. *    修改记录 :
   
10. *        版本号    日期        作者     说明
    
11. *        V1.0    2015-08-02  Eric2013   首次发布
    
12. *
    
13. *    Copyright (C), 2015-2020, 安富莱电子 www.armfly.com
    
14. *
    
15. *********************************************************************************************************
    
16. */
    
17. 
    
18. #ifndef  __INCLUDES_H__
    
19. #define  __INCLUDES_H__
    
20. 
    
21. /*
    
22. *********************************************************************************************************
    
23. *                                         标准库
    
24. *********************************************************************************************************
    
25. */
    
26. #include  <stdarg.h>
    
27. #include  <stdio.h>
    
28. #include  <stdlib.h>
    
29. #include  <math.h>
    
30. 
    
31. 
    
32. /*
    
33. *********************************************************************************************************
    
34. *                                         其它库
    
35. *********************************************************************************************************
    
36. */
    
37. 
    
38. 
    
39. /*
    
40. *********************************************************************************************************
    
41. *                                           OS
    
42. *********************************************************************************************************
    
43. */
    
44. #include "RTL.h"
    
45. 
    
46. 
    
47. /*
    
48. *********************************************************************************************************
    
49. *                                           宏定义
    
50. *********************************************************************************************************
    
51. */
    
52. 
    
53. 
    
54. 
    
55. 
    
56. /*
    
57. *********************************************************************************************************
    
58. *                                        APP / BSP
    
59. *********************************************************************************************************
    
60. */
    
61. 
    
62. #include  <bsp.h>
    
63. 
    
64. 
    
65. #endif
    
66. 
    
67. /***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/

第5步：也是最后一步，添加相应的头文件路径：

    在原来工程模板的基础上面新添加的两个路径：

     至此，RTX的移植工作就完成了，剩下就是系统配置和应用了

     RTX操作系统的配置工作是通过配置文件RTX_Conf_CM.c实现。在MDK工程中打开文件RTX_Conf_CM.c，可以看到如下图6.2所示的工程配置向导：

图6.2 RTX配置向导

1.  Task Configuration

1.   Number of concurrent running tasks

           参数范围0 – 250

           表示同时运行的最大任务数，这个数值一定要大于等于用户实际创建的任务数，空闲任务不包含在这个里面。比如当前的数值是6，就表示用户最多可以创建6个任务。

2.   Number of tasks with user-provided stack

          参数范围0 – 250

            表示自定义任务堆栈的任务数，如果这个参数定义为0的话，表示所有的任务都是使用的配置向导里面第三个参数Task statck size大小。比如：

                   Numberof concurrent running tasks = 6

                  Numberof tasks with user-provided stack = 0

            表示允许用户创建6个任务，所有的6个任务都是分配第三个参数Task statck size大小的任务堆栈空间。

                  Numberof concurrent running tasks = 6

                  Numberof tasks with user-provided stack = 3

             表示允许用户创建6个任务，其中3个任务是用户自定义任务堆栈大小，另外3个任务是用的第三个参数Task statck size大小的任务堆栈空间。

3.   Task statck size

          表示系统分配的任务堆栈大小，单位字节。

4.   Check for the stack overflow

          选择是否使能任务堆栈监测，选上单选框表示使能，取消单选框表示禁能。

5.   Run in privileged mode

          选择是否使能特权级模式，选上单选框表示使能任务工作在特权级模式，取消单选框表示任务工作在非特权级模式。特权级和非特权级在第九章有详细讲解。

2.  Tick Timer Configuration

1.  Hardware timer

          CoreSysTick 表示选择系统滴答定时器，因为M3/M4内核带有滴答定时器，一般情况下都是选用滴答定时器作为系统时钟节拍。

          PeripheralTimer 表示使用外设定时器。

2.   Timer clock value

          表示定时器主频，单位Hz。

3.   Timer tick value

          表示系统时钟节拍周期，单位us。

3.  System Configuration

1.  Round-Robin Task switching

          选择是否使能时间片调度，选上单选框表示使能时间片调度，取消单选框表示不使用时间片调度。

2.  Round-Robin Timeout [ticks]

          范围1 – 1000。

          表示时间片的大小，单位是系统时钟节拍个数。

3.   Number of user timers

          范围1 – 250。

          表示用户定时器个数，即软定时器个数。

4.   ISR FIFO Queue size

          表示ISR FIFO队列大小。中断服务程序中调用以isr_ 开头的函数时，会将请求类型存到此缓冲中。

    通过上面对RTX操作系统的配置讲解，这里将其修改为如下图6.3所示配置：

图6.3 RTX配置向导

相对默认配置，修改了上图红色箭头所示的三个地方：

1.     任务运行在特权级模式。

2.     滴答定时器主频72MHz，这个也是STM32F103的主频。

3.     系统时钟节拍周期1ms。

修改好配置后，在main.c文件中添加如下代码，代码中简单的创建了两个用户任务：

    AppTaskLED任务 ：LED闪烁。

    AppTaskStart任务：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现LED闪烁。

1. #include "includes.h"            /* 底层硬件驱动 */
   
2. 
   
3. /*
   
4. **********************************************************************************************************
   
5.                                                    函数声明
   
6. **********************************************************************************************************
   
7. */
   
8. static void AppTaskCreate (void);
   
9. __task void AppTaskLED(void);
   
10. __task void AppTaskStart(void);
    
11. 
    
12. /*
    
13. **********************************************************************************************************
    
14.                                                     变量
    
15. **********************************************************************************************************
    
16. */
    
17. static uint64_t AppTaskLEDStk[256/8];     /* 任务栈 */
    
18. static uint64_t AppTaskStartStk[512/8];   /* 任务栈 */
    
19. 
    
20. /* 任务句柄 */
    
21. OS_TID HandleTaskLED = NULL;
    
22. 
    
23. /*
    
24. *********************************************************************************************************
    
25. *    函 数 名: main
    
26. *    功能说明: 标准c程序入口。
    
27. *    形    参: 无
    
28. *    返 回 值: 无
    
29. *********************************************************************************************************
    
30. */
    
31. int main (void)
    
32. {   
    
33.      /* 初始化外设 */
    
34.      bsp_Init();
    
35.    
    
36.      /* 创建启动任务 */
    
37.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
    
38.                        2,                        /* 任务优先级 */
    
39.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
    
40.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
41.      while(1);
    
42. }
    
43. 
    
44. /*
    
45. *********************************************************************************************************
    
46. *    函 数 名: AppTaskLED
    
47. *    功能说明: LED闪烁
    
48. *    形    参: 无
    
49. *    返 回 值: 无
    
50. *    优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
    
51. *********************************************************************************************************
    
52. */
    
53. __task void AppTaskLED(void)
    
54. {
    
55.     while(1)
    
56.     {
    
57.          bsp_LedToggle(2);
    
58.          bsp_LedToggle(3);
    
59.          os_dly_wait(200);
    
60.     }
    
61. }
    
62. 
    
63. /*
    
64. *********************************************************************************************************
    
65. *    函 数 名: AppTaskStart
    
66. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。
    
67. *    形    参: 无
    
68. *    返 回 值: 无
    
69. *    优 先 级: 2
    
70. *********************************************************************************************************
    
71. */
    
72. __task void AppTaskStart(void)
    
73. {
    
74.      AppTaskCreate();
    
75.    
    
76.     while(1)
    
77.     {
    
78.          bsp_LedToggle(1);
    
79.          bsp_LedToggle(4);
    
80.          os_dly_wait(500);
    
81.     }
    
82. }
    
83. 
    
84. /*
    
85. *********************************************************************************************************
    
86. *    函 数 名: AppTaskCreate
    
87. *    功能说明: 创建应用任务
    
88. *    形    参: 无
    
89. *    返 回 值: 无
    
90. *********************************************************************************************************
    
91. */
    
92. static void AppTaskCreate (void)
    
93. {
    
94.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
    
95.                                         1,                       /* 任务优先级 */
    
96.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
    
97.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
98. }

按照第三章的3.4小节中介绍的调试方法，可以看到如下图6.4所示任务执行状态：

图6.4 RTX的调试信息组件

除了创建的两个用户任务以外，还有空闲任务，这个任务是系统创建的。至此，RTX的库方式移植的工程就可以运行了。

6.3  STM32F407源码方式移植RTX系统

6.3.1     RTX操作系统移植

    首先准备好一个简单的裸机工程模板，工程模板的制作就不做讲解了，这里的重点是教大家移植RTX系统。准备好的工程模板如下图6.5所示（大家也可以制作其它任意的工程模板，不限制）：

图6.5 工程模板

    准备好工程模板后，就可以开始移植了。首先要做的就是将所有需要的源码文件放到工程模板里面。下面分五步跟大家进行说明，当然，不限制必须使用下面的方法添加源码到工程，只要将需要的文件添加到工程模板即可。

第1步：在工程模板创建RTX文件夹

    再在RTX文件夹中创建如下三个文件夹

    inc文件夹用于存放头文件。

    portable文件夹用于存放移植接口文件。

    src文件夹用于存放源码文件。

第2步：添加源码文件到相应文件夹

1.  文件夹inc中需要添加的文件如下：

     文件RTL.h和RTX_Config.h在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RV31\INC

    其余文件在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\SRC\CM

2.  文件夹portable中需要添加的文件如下：

    这5个文件在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\SRC\CM，其实HAL_CM1和HAL_CM3可以不必添加，因为这两个文件是分别用于CM1内核和CM3内核的芯片。

3.   文件夹src中需要添加的文件如下：

    这11个文件在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\SRC\CM

4.   文件夹User中还需要添加如下两个文件：

    文件RTX_Conf_CM.c在MDK安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RL\RTX\Config

    文件RTX_Lib.c在MDK 安装目录中的路径C:\Keil_v474\ARM\RV31\INC

第3步：将源码文件添加到MDK的工程项目中

     添加后的效果如下：

第4步：新创建一个includes.h文件，将所有的头文件都集中到这个头文件下。

    这样做的好处是引用头文件的时候，只添加这个头文件就可以了。includes.h文件放在了User文件夹中。然后再将这个文件也添加到MDK工程项目中

     Includes.h文件中的内容如下：

1. /*
   
2. *********************************************************************************************************
   
3. *
   
4. *    模块名称 : 头文件汇总
   
5. *    文件名称 : includes.h
   
6. *    版    本 : V1.0
   
7. *    说    明 : 当前使用头文件汇总
   
8. *
   
9. *    修改记录 :
   
10. *        版本号    日期        作者     说明
    
11. *        V1.0    2015-08-02  Eric2013   首次发布
    
12. *
    
13. *    Copyright (C), 2015-2020, 安富莱电子 www.armfly.com
    
14. *
    
15. *********************************************************************************************************
    
16. */
    
17. 
    
18. #ifndef  __INCLUDES_H__
    
19. #define  __INCLUDES_H__
    
20. 
    
21. /*
    
22. *********************************************************************************************************
    
23. *                                         标准库
    
24. *********************************************************************************************************
    
25. */
    
26. #include  <stdarg.h>
    
27. #include  <stdio.h>
    
28. #include  <stdlib.h>
    
29. #include  <math.h>
    
30. 
    
31. 
    
32. /*
    
33. *********************************************************************************************************
    
34. *                                         其它库
    
35. *********************************************************************************************************
    
36. */
    
37. 
    
38. 
    
39. /*
    
40. *********************************************************************************************************
    
41. *                                           OS
    
42. *********************************************************************************************************
    
43. */
    
44. #include "RTL.h"
    
45. 
    
46. 
    
47. /*
    
48. *********************************************************************************************************
    
49. *                                           宏定义
    
50. *********************************************************************************************************
    
51. */
    
52. 
    
53. 
    
54. 
    
55. 
    
56. /*
    
57. *********************************************************************************************************
    
58. *                                        APP / BSP
    
59. *********************************************************************************************************
    
60. */
    
61. 
    
62. #include  <bsp.h>
    
63. 
    
64. 
    
65. #endif
    
66. 
    
67. /***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/

第5步：也是最后一步，添加相应的头文件路径：

    在原来工程模板的基础上面新添加的两个路径：

    至此，RTX的移植工作就完成了，剩下就是系统配置和应用了

     RTX操作系统的配置工作是通过配置文件RTX_Conf_CM.c实现。在MDK工程中打开文件RTX_Conf_CM.c，可以看到如下图6.6所示的工程配置向导：

图6.6 RTX配置向导

1.  Task Configuration

1. Number of concurrent running tasks

         参数范围0 – 250

        表示同时运行的最大任务数，这个数值一定要大于等于用户实际创建的任务数，空闲任务不包含在这个里面。比如当前的数值是6，就表示用户最多可以创建6个任务。

2.  Number of tasks with user-provided stack

        参数范围0 – 250

         表示自定义任务堆栈的任务数，如果这个参数定义为0的话，表示所有的任务都是使用的配置向导里面第三个参数Task statck size大小。比如：

             Numberof concurrent running tasks = 6

             Numberof tasks with user-provided stack = 0

        表示允许用户创建6个任务，所有的6个任务都是分配第三个参数Task statck size大小的任务堆栈空间。

             Numberof concurrent running tasks = 6

             Numberof tasks with user-provided stack = 3

        表示允许用户创建6个任务，其中3个任务是用户自定义任务堆栈大小，另外3个任务是用的第三个参数Task statck size大小的任务堆栈空间。

3.  Task statck size

         表示系统分配的任务堆栈大小，单位字节。

4.  Check for the stack overflow

        选择是否使能任务堆栈监测，选上单选框表示使能，取消单选框表示禁能。

5.   Run in privileged mode

         选择是否使能特权级模式，选上单选框表示使能任务工作在特权级模式，取消单选框表示任务工作在非特权级模式。特权级和非特权级在第九章有详细讲解。

2.  Tick Timer Configuration

1.  Hardware timer

         CoreSysTick 表示选择系统滴答定时器，因为M3/M4内核带有滴答定时器，一般情况下都是选用滴答定时器作为系统时钟节拍。

        PeripheralTimer 表示使用外设定时器。

2.  Timer clock value

         表示定时器主频，单位Hz。

3.  Timer tick value

        表示系统时钟节拍周期，单位us。

3.  System Configuration

1.  Round-Robin Task switching

        选择是否使能时间片调度，选上单选框表示使能时间片调度，取消单选框表示不使用时间片调度。

2.  Round-Robin Timeout [ticks]

        范围1 – 1000。

        表示时间片的大小，单位是系统时钟节拍个数。

3.  Number of user timers

        范围1 – 250。

        表示用户定时器个数，即软定时器个数。

4.  ISR FIFO Queue size

        表示ISR FIFO队列大小。中断服务程序中调用以isr_ 开头的函数时，会将请求类型存到此缓冲中。

    通过上面对RTX操作系统的配置讲解，这里将其修改为如下图6.7所示配置：

图6.7 RTX配置向导

相对默认配置，修改了上图红色箭头所示的三个地方：

1.     任务运行在特权级模式。

2.     滴答定时器主频168MHz，这个也是STM32F407的主频。

3.     系统时钟节拍周期1ms。

修改好配置后，在main.c文件中添加如下代码，代码中简单的创建了两个用户任务：

    AppTaskLED任务 ：LED闪烁。

    AppTaskStart任务：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现LED闪烁。

1. #include "includes.h"            /* 底层硬件驱动 */
   
2. 
   
3. /*
   
4. **********************************************************************************************************
   
5.                                                    函数声明
   
6. **********************************************************************************************************
   
7. */
   
8. static void AppTaskCreate (void);
   
9. __task void AppTaskLED(void);
   
10. __task void AppTaskStart(void);
    
11. 
    
12. /*
    
13. **********************************************************************************************************
    
14.                                                     变量
    
15. **********************************************************************************************************
    
16. */
    
17. static uint64_t AppTaskLEDStk[256/8];     /* 任务栈 */
    
18. static uint64_t AppTaskStartStk[512/8];   /* 任务栈 */
    
19. 
    
20. /* 任务句柄 */
    
21. OS_TID HandleTaskLED = NULL;
    
22. 
    
23. /*
    
24. *********************************************************************************************************
    
25. *    函 数 名: main
    
26. *    功能说明: 标准c程序入口。
    
27. *    形    参: 无
    
28. *    返 回 值: 无
    
29. *********************************************************************************************************
    
30. */
    
31. int main (void)
    
32. {   
    
33.      /* 初始化外设 */
    
34.      bsp_Init();
    
35.    
    
36.      /* 创建启动任务 */
    
37.      os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
    
38.                        2,                        /* 任务优先级 */
    
39.                        &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
    
40.                        sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
41.      while(1);
    
42. }
    
43. 
    
44. /*
    
45. *********************************************************************************************************
    
46. *    函 数 名: AppTaskLED
    
47. *    功能说明: LED闪烁
    
48. *    形    参: 无
    
49. *    返 回 值: 无
    
50. *    优 先 级: 1  (数值越小优先级越低，这个跟uCOS相反)
    
51. *********************************************************************************************************
    
52. */
    
53. __task void AppTaskLED(void)
    
54. {
    
55.     while(1)
    
56.     {
    
57.          bsp_LedToggle(2);
    
58.          bsp_LedToggle(3);
    
59.          os_dly_wait(200);
    
60.     }
    
61. }
    
62. 
    
63. /*
    
64. *********************************************************************************************************
    
65. *    函 数 名: AppTaskStart
    
66. *    功能说明: 启动任务，也就是最高优先级任务。
    
67. *    形    参: 无
    
68. *    返 回 值: 无
    
69. *    优 先 级: 2
    
70. *********************************************************************************************************
    
71. */
    
72. __task void AppTaskStart(void)
    
73. {
    
74.      AppTaskCreate();
    
75.    
    
76.     while(1)
    
77.     {
    
78.          bsp_LedToggle(1);
    
79.          bsp_LedToggle(4);
    
80.          os_dly_wait(500);
    
81.     }
    
82. }
    
83. 
    
84. /*
    
85. *********************************************************************************************************
    
86. *    函 数 名: AppTaskCreate
    
87. *    功能说明: 创建应用任务
    
88. *    形    参: 无
    
89. *    返 回 值: 无
    
90. *********************************************************************************************************
    
91. */
    
92. static void AppTaskCreate (void)
    
93. {
    
94.      HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
    
95.                                         1,                       /* 任务优先级 */
    
96.                                         &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
    
97.                                         sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
    
98. }

按照第三章的3.5小节中介绍的调试方法，可以看到如下图6.8所示任务执行状态：

图6.8 RTX的调试信息组件

除了创建的两个用户任务以外，还有空闲任务，这个任务是系统创建的。至此，RTX的库方式移植的工程就可以运行了。

6.4  总结

     本章节为大家讲解了RTX的源码移植方法，移植比较简单。另一个重要内容是系统配置向导文件的说明，这个比较重要，初学者要好好熟悉下。