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嵌入式学习——使用STM32F103基于HAL库移植uCOS-III

时间：2023-06-17 19:01:25

嵌入式学习——使用STM32F103基于HAL库移植uC/OS-III

嵌入式学习——使用STM32F103基于HAL库移植uC/OS-III1.ucosIII简介1.1 ucosIII概述1.2 UCOSIII中的任务1.3 UCOSIII系统任务1.4 UCOSIII任务状态1.5 UCOSIII中的delay1.6 UCOSIII中的uart2. 编程实例2.1 题目要求2.2 操作步骤2.2.1cubemx的步骤：2.2.2 keil步骤：3. 运行效果4. 总结

1.ucosIII简介

1.1 ucosIII概述

实时操作系统分为：硬实时操作系统和软实时操作系统

硬实时操作系统：超过了规定时间后，得到正确结果，是不能容忍的，会对整个程序造成影响软实时操作系统：对于超过了规定时间后，得到正确结果这一举措是可以容忍的

前后台结构系统

后台：线程前台：中断服务程序

实时内核

在设计实时系统时，可以把系统功能划分为多个任务，每个任务只实施单一的功能，任务一般都是是循环。当任务在执行时，可以说这个任务在独占CPU的资源。实时内核，做的事情就是什么时候运行哪个任务，什么时候让任务挂起。当多个任务间的切换就造成了，有多个CPU的假象。

ucosIII是剥夺型内核，优先级最高的就绪线程先执行

如上图所示：低优先级的线程有中断请求产生就会进去中断，中断产生一个信号，这个信号唤醒高优先级的线程，那么高优先级的线程就会执行，执行完后，再回去执行低优先级线程，这个线程就好像没有被打断断过一样。

由此可得：中断服务函数的优先级最高，然后线程就根据优先级的高低，判断先执行哪个线程

RTOS（实时操作系统）

实时操作系统除了提供多任务管理内核外，还会提供其他组件，如：文件系统、协议栈、GUI等等

ucosiii

ucosiii特有功能：内嵌的实时性能测试、直接向线程发送信号量和消息、同时等待多个内核对象（双核MUC会跑ucos的原因）等

基本特性：

可剥夺型多任务管理器：最高优先级的线程“抢占”CPU同优先级时间片轮转调度：时间片是线程占用CPU的最大时间，超过这个时间就要挂起线程，要是线程执行完后，还没用完整个时间片，就会将CPU让给同一优先级的线程用锁定内核的调度方式，保护方位内部数据结构和变量的临界段

1.2 UCOSIII中的任务

组成：

任务堆栈任务控制块任务函数

任务堆栈：

上下切换的时候用来保存任务工作环境（STM32内部寄存器）

任务控制块：

记录任务的各个属性

任务函数：

用户编写的任务处理代码

任务函数模板：

void XXX_task(void *p_arg){while(1){。。。。。//任务处理过程}}

1.3 UCOSIII系统任务

组成：

空闲任务时钟节拍任务统计任务定时任务中断服务管理任务

空闲任务：

UCOSIII创建的第一个任务，UCOSIII必须创建的任务，此任务由UCOSIII自动创建

时钟节拍任务：

必选任务

统计任务：

可选任务作用：统计CPU使用率和各个任务的堆栈使用量由 OS_CFG_STAT_TASK_EN控制

定时任务：

可选任务作用：提供定时服务由OS_CFG_TMR_EN控制

中断管理任务：

可选任务由OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN控制

1.4 UCOSIII任务状态

组成及状态概念：

休眠态：任务已在CPU的flash中了，但是不受UCOSIII管理。
就绪态：系统为任务分配了任务控制块，并且任务已经在就绪表中登记，这时这个任务就具有了运行的条件，此时任务的状态就是就绪态。
运行态：任务获得CPU的使用权，正在运行。
等待态：正在运行的任务需要等待一段时间，或者等待某个事件，这个任务就进入了等待态，此时系统就会把CPU使用权转交给别的任务。
中断服务态：当发送中断，当前正在运行的任务会被挂起，CPU转而去执行中断服务函数，此时任务的任务状态叫做中断服务态。

1.5 UCOSIII中的delay

1.6 UCOSIII中的uart

Void USART1_IRQHandler(void){#if SYSTEM_SUPPORT_OS //使用UCOS操作系统OSIntEnter();#endif//中间处理函数，和不是用UCOS时相同#if SYSTEM_SUPPORT_OS OSIntExit(); //退出中断#endif}

2. 编程实例

2.1 题目要求

学习嵌入式实时操作系统（RTOS）,以uc/OS为例，将其移植到stm32F103上，构建至少3个任务（task）:

其中两个task分别以1s和3s周期对LED灯进行点亮-熄灭的控制；

另外一个task以2s周期通过串口发送“hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境！”。

准备：stm32f103c8t6、ttl转接头、stm32cubemx、keil
获取ucos-iii源码：
进入 Micrium 公司官网下载中心：/downloadcenter/
选择ST系列，点击 View all STMicroelectronics，点击 STMicroelectronics STM32F107
之后按照提示注册下载即可。
可直接下载此网盘链接内容
链接：/s/10RqsDRecbmVteWmDv2oUNQ
提取码：1234

2.2 操作步骤

2.2.1cubemx的步骤：

打开下载好的源码，如图（如果是通过百度网盘下载的就是如下图片）：

使用cubemx进行操作**

打开cubemx新建工程，点击图中选项，如图：再选中stm32f103c8t6芯片，然后点击start project，如图：点击RCC，选择图中所示选项，如图：再配置系统时钟为72Mhz，如图：点击sys，然后选择串行通信serial wire，如图：选择PC13接口和PA3接口来作为电平的输出端驱使LED灯亮，如图：选择USART1作为通信串口，然后选择asynchronous，如图：然后点击如图所示选项：然后选择显示“.h/.c”文件，最后点击Gnerate Code生成工程文件，如图：然后把第一步的文件复制到创建的工程的MDK-ARM文件里，如图：

2.2.2 keil步骤：

打开keil，然后安装如下流程新建文件夹，如图：然后给CPU文件夹里添加文件，如图：

以下添加的文件都是刚刚复制的文件夹里面的。

这个realview文件夹也是在CPU路径下

给LIB添加文件，如图:

然后点击ports找到realview文件夹添加,再添加如下文件，如图:

给port添加文件，找到realview文件夹然后添加文件，如图：给source添加文件，如图：然后给config添加文件，如图：

7.给BSP添加文件，如图：

接下来导入文件：

接下来为题目要求的三个任务添加或者更改文件内容：

代码添加

为bsp.c和bsp.h添加代码：

bsp.h：

#ifndef __BSP_H__#define __BSP_H__#include "stm32f1xx_hal.h"void BSP_Init(void);#endif

bsp.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 *)0xE004#define DEM_CR_TRCENA (1 << 24)#define DWT_CR_CYCCNTENA(1 << 0)CPU_INT32U BSP_CPU_ClkFreq (void){return HAL_RCC_GetHCLKFreq();}void BSP_Tick_Init(void){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;#elsecnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OS_TICKS_PER_SEC;#endifOS_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);}#endif

修改代码

打开startup_stm32f103xb.s文件

在以下位置处将PendSV_Handler改为OS_CPU_PendSVHandler，

SysTick_Handler改为OS_CPU_SysTickHandler

打开app_cfg.h文件

DEF_ENABLED 改为 DEF_DISABLED

打开includes.h文件

在#include <bsp.h>下面添加 #include “gpio.h” #include “app_cfg.h”

将#include <stm32f10x_lib.h> 改为 #include “stm32f1xx_hal.h”

打开lib_cfg.h文件

修改为5（该处宏定义设置堆空间的大小，STM32F103C8T6的RAM只有20K，所以要改小一点）

打开usart.c文件，添加代码完成printf重定向

/* USER CODE BEGIN 1 */typedef struct __FILE FILE;int fputc(int ch,FILE *f){HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);return ch;}/* USER CODE END 1 */

初始化管脚

打开gpio.c，然后修改如下代码：

void MX_GPIO_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();/*Configure GPIO pin Output Level */HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);/*Configure GPIO pin : PC13|PA3 */GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_3;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);}

修改main.c文件

/* USER CODE END Header *//* Includes ------------------------------------------------------------------*/#include "main.h"#include "gpio.h"#include "usart.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN Includes */#include <includes.h>#include "stm32f1xx_hal.h"/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PTD *//* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PD *//* 任务优先级 */#define START_TASK_PRIO3#define LED0_TASK_PRIO4#define MSG_TASK_PRIO5#define LED1_TASK_PRIO6/* 任务堆栈大小*/#define START_STK_SIZE 96#define LED0_STK_SIZE 64#define MSG_STK_SIZE 64#define LED1_STK_SIZE 64/* 任务栈 */CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];CPU_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE];CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];/* 任务控制块 */OS_TCB StartTaskTCB;OS_TCB Led0TaskTCB;OS_TCB MsgTaskTCB;OS_TCB Led1TaskTCB;/* 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_pc13(void *p_arg);static void send_msg(void *p_arg);static void led_pa3(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 .05.20*/BSP_Init(); /* Initialize BSP functions *///CPU_Init();//Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0uOSStatTaskCPUUsageInit(&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#ifOS_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=5msOSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err); #endifOS_CRITICAL_ENTER();//进入临界区/* 创建LED0任务 */OSTaskCreate((OS_TCB * )&Led0TaskTCB,(CPU_CHAR* )"led_pc13", (OS_TASK_PTR )led_pc13, (void* )0,(OS_PRIO )LED0_TASK_PRIO,(CPU_STK * )&LED0_TASK_STK[0],(CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE/10,(CPU_STK_SIZE)LED0_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LED1任务 */OSTaskCreate((OS_TCB * )&Led1TaskTCB,(CPU_CHAR* )"led_pa3", (OS_TASK_PTR )led_pa3, (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_pc13 (void *p_arg){OS_ERRerr;(void)p_arg;BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */CPU_Init();Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0uOSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */#endifCPU_IntDisMeasMaxCurReset();AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */AppObjCreate();/* Create Application Objects */while (DEF_TRUE){HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,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_pa3 (void *p_arg){OS_ERRerr;(void)p_arg;BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */CPU_Init();Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0uOSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */#endifCPU_IntDisMeasMaxCurReset();AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */AppObjCreate();/* Create Application Objects */while (DEF_TRUE){HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET);OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,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_ERRerr;(void)p_arg;BSP_Init(); /* Initialize BSP functions */CPU_Init();Mem_Init(); /* Initialize Memory Management Module */#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0uOSStatTaskCPUUsageInit(&err); /* Compute CPU capacity with no task running */#endifCPU_IntDisMeasMaxCurReset();AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */AppObjCreate();/* Create Application Objects */while (DEF_TRUE){printf("hello uc/OS \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****/

然后点击魔法棒进行如下设置，如图：