【STM32F407】第4章 RTX5操作系统移植（MDK AC5）

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第4章   RTX5操作系统移植（MDK AC5）

本章教程为大家讲解RTX5内核的AC5编译器移植。

4.1 初学者重要提示

4.2 移植RTX5内核整体说明

4.3 了解RTX5内核模板框架设计

4.4 第1步，安装MDK软件包版本

4.5 第2步，准备一个工程模板

4.6 第3步，添加RTX5源码

4.7 第4步，配置文件bsp.c

4.8 第5步，更新bsp_timer.c和bsp.h文件

4.9 第6步，修改文件stm32f4xx_it.c

4.10 第7步，添加头文件的汇总文件includes.h

4.11 第8步，HAL库时间基准stm32f4xx_hal_timbase_tim.c

4.12 第9步，添加BSP驱动文件bsp_dwt.c

4.13 第10步，创建应用任务（重要，注意启动任务）

4.14 常见移植错误总结

4.15 实验例程

4.16 总结

4.1   初学者重要提示

1.   当前RTX5可以移植到GCC，MDK和IAR三大平台，考虑到仅MDK平台下有RTX5的调试组件，我们这里仅提供了MDK的移植说明。
2.   STM32H7使用MDK RTE环境添加RTX5，需要强制运行一次STM32CubeMX，因为H7已经没有配套RTE经典添加方式，而STM32F4是支持经典方式的，所以无需运行STM32CubeMX。

4.2   移植RXT5内核整体说明

移植之前，有必要对移植过程有个整体的认识：

•   第1步，准备一个工程模板。
•   第2步，移植RTX5。
•   第3步，处理HAL库时间基准，MPU配置等。
•   第4步，创建应用。

总的来说，这4步就可以完成移植， 下面将STM32F4的移植步骤和注意事项为大家做个说明。

4.3   了解RTX5内核模板框架设计

移植RTX5前，我们优先了解下移植好的RTX5内核模板，方面大家后面移植：

 

框图如下：

 

4.4   第1步，安装指定的MDK软件包版本

移植新版RTX5需要大家下载当前最新的MDK软件包版本（如果有最新版，推荐大家用最新版）：

•   CMSIS 软件包使用当前最新的：V5.7.0
•   STM32H7使用当前最新的：V2.6.0
•   STM32F4使用当前最新的：V2.6.0
•   STM32CubeMX使用当前最新的：V6.0.x
•   ARM_Compiler使用当前最新的：V1.6.1

这些软件包的安装在STM32F4用户手册的第2章2.3小节有详细说明。

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=93255 。

•   所有这些软件包汇总下载地址：

http://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=100086

不管以后MDK的软件包版本如何升级，当前的软件包版本和以后的新版是可以同时安装的，也就是说可以安装多个不同版本，在这里可以选择指定版本：

 

4.5   第2步，准备一个工程模板

首先准备好一个简单的裸机工程模板，已经为大家做好：V5-400_Base Template，准备好的工程模板如下图所示（大家也可以制作其它任意的工程模板，不限制）：

 

4.6   第3步，添加RTX5并配置

RTX5可以方便的通过MDK的RTE环境添加进来。对于F4版本，会添加多个F4版的HAL库文件，这些库文件我们可以使用，也可以不使用。教程配套的工程文件是不使用这些的，因为前面的工程模板里面已经添加了。所以要将这些文件全部隔离出来.

4.6.1      添加RTX5源码

 

点击OK按钮后， 可以看到RTX5源码已经添加到工程里面了：

 

4.6.2      将自动添加的库文件隔离出来

添加添加的所有文件中，startup_stm32f407xx.s和system_stm32f4xx.c要隔离出来，隔离方法也比较简单，比如隔离startup_stm32f407xx.s文库，鼠标右击此文件选择Options for file ‘startup_stm32f407xx.s’

 

取消下面的对勾：

 

隔离这一个文件后，另一个文件system_stm32f4xx.c也被自动隔离了，隔离后的效果如下：

 

4.6.3      RTX5配置

剩下就是配置RTX5，设置RTX_Config.h文件即可，移植阶段先按照如下设置配置好，后面章节会专门为大家讲解每个参数的配置含义：

 

4.7   第4步，配置文件bsp.c

这个bsp.c文件也比较重要，移植阶段，直接将我们移植好的模板内容复制过去即可，这里把相关的内容为大家做个说明。

4.7.1      函数System_Init

系统初始化，主要是系统时钟配置，需要在RTX5初始化之前调用。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: System_Init
*    功能说明: 系统初始化，主要是系统时钟配置
*    形    参：无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void System_Init(void)
{
    /* 
       STM32H429 HAL 库初始化，此时系统用的还是F429自带的16MHz，HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到168MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder：
       - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。
       - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V6开发板用户手册第8章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
}

4.7.2      函数bsp_Init

硬件外设的初始化，这个函数在RTX5的启动任务里面调用。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();   /* 初始化扩展IO */
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
}

4.7.3      函数SystemClock_Config

这个函数主要是完成系统时钟配置。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: SystemClock_Config
*    功能说明: 初始化系统时钟
*                System Clock source            = PLL (HSE)
*                SYSCLK(Hz)                     = 168000000 (CPU Clock)
*                HCLK = SYSCLK / 1              = 168000000 (AHB1Periph)
*                PCLK2 = HCLK / 2               = 84000000  (APB2Periph)
*                PCLK1 = HCLK / 4               = 42000000  (APB1Periph)
*                HSE Frequency(Hz)              = 25000000
*               PLL_M                          = 25
*                PLL_N                          = 336
*                PLL_P                          = 2
*                PLL_Q                          = 4
*                VDD(V)                         = 3.3
*                Flash Latency(WS)              = 5
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};

    
    /* 芯片内部的LDO稳压器输出的电压范围，选用的PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1 */
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);

    /* 使能HSE，并选择HSE作为PLL时钟源 */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    }

    /* 
       选择PLL的输出作为系统时钟
        HCLK = SYSCLK / 1  (AHB1Periph)
        PCLK2 = HCLK / 2   (APB2Periph)
        PCLK1 = HCLK / 4   (APB1Periph)
    */
    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_DIV4;
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

    /* 此函数会更新SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick */
    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    }

    /* 使能SYS时钟和IO补偿 */
    __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE() ;

    HAL_EnableCompensationCell();
}

4.7.4      函数bsp_RunPer10ms

这个函数里面默认有个按键扫描，如果大家移植的程序里面没有按键初始化，务必要把这个按键扫描函数注释掉。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_RunPer10ms
*    功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求
*              不严格的任务可以放在此函数。比如：按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
    bsp_KeyScan10ms();
}

4.8   第5步，更新bsp_timer.c和bsp.h文件

更新bsp_timer.c文件是因为此文件跟RTX5都要使用滴答定时器，有冲突。所以大家直接将我们工程模板里面此文件覆盖移植的这个文件即可。

bsp.h文件里面要添加一个宏定义，因为bsp_timer.c文件里面做了些条件编译：

#define  USE_RTX    1

另外，bsp.h文件将大部分头文件都添加进来了，大家可以根据需要，用到那些头文件，使能那些，用不到的，可以注释掉。当然，不注释也是没问题的：

/* 通过取消注释或者添加注释的方式控制是否包含底层驱动模块 */
//#include "bsp_msg.h"
//#include "bsp_user_lib.h"
#include "bsp_timer.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_key.h"
#include "bsp_dwt.h"

//#include "bsp_cpu_rtc.h"
//#include "bsp_cpu_adc.h"
//#include "bsp_cpu_dac.h"
#include "bsp_uart_fifo.h"
//#include "bsp_uart_gps.h"
//#include "bsp_uart_esp8266.h"
//#include "bsp_uart_sim800.h"

//#include "bsp_spi_bus.h"
//#include "bsp_spi_ad9833.h"
//#include "bsp_spi_ads1256.h"
//#include "bsp_spi_dac8501.h"
//#include "bsp_spi_dac8562.h"
//#include "bsp_spi_flash.h"
//#include "bsp_spi_tm7705.h"
//#include "bsp_spi_vs1053b.h"

//#include "bsp_fmc_sdram.h"
//#include "bsp_fmc_nand_flash.h"
//#include "bsp_fmc_ad7606.h"
//#include "bsp_fmc_oled.h"
#include "bsp_fmc_io.h"

//#include "bsp_i2c_gpio.h"
//#include "bsp_i2c_bh1750.h"
//#include "bsp_i2c_bmp085.h"
//#include "bsp_i2c_eeprom_24xx.h"
//#include "bsp_i2c_hmc5883l.h"
//#include "bsp_i2c_mpu6050.h"
//#include "bsp_i2c_si4730.h"
//#include "bsp_i2c_wm8978.h"

//#include "bsp_tft_lcd.h"
//#include "bsp_ts_touch.h"
//#include "bsp_ts_ft5x06.h"
//#include "bsp_ts_gt811.h"
//#include "bsp_ts_gt911.h"
//#include "bsp_ts_stmpe811.h"

#include "bsp_beep.h"
#include "bsp_tim_pwm.h"
//#include "bsp_sdio_sd.h"
//#include "bsp_dht11.h"
//#include "bsp_ds18b20.h"
//#include "bsp_ps2.h"
//#include "bsp_ir_decode.h"
//#include "bsp_camera.h"
//#include "bsp_rs485_led.h"
//#include "bsp_can.h"

4.9   第6步，修改文件stm32f4xx_it.c

删除此文件里面带的如下函数，RTX5要使用，冲突了。

/**
  * @brief  This function handles SVCall exception.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void SVC_Handler(void)
{
}

/**
  * @brief  This function handles PendSVC exception.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void PendSV_Handler(void)
{
}

4.10 第7步，添加头文件的汇总文件includes.h

在User文件夹下添加文件incudes.h，直接从本章节教程配套例子的User文件夹复制即可。此文件主要用于RTX5的各种头文件汇总。

 

4.11 第8步，HAL库时间基准stm32f4xx_hal_timebase_tim.c

由于RTX5和HAL库需要一个时间基准，而且默认都是用的滴答定时器，所有要有一个选用其它的时间基准。当前的处理方案是为HAL库提供一个时间基准文件stm32f4xx_hal_timbase_tim.c。此文件

里面做了两套方案，一个是使用TIM7做时间基准，另一个是使用RTX5的API做时间基准，通过条件编译做选择。默认是采用RTX5的API做时间基准。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: HAL_Delay
*    功能说明: 重定向毫秒延迟函数。替换HAL中的函数。因为HAL中的缺省函数依赖于Systick中断，如果在USB、SD
*             卡中断中有延迟函数，则会锁死。也可以通过函数HAL_NVIC_SetPriority提升Systick中断
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void HAL_Delay(uint32_t Delay)
{
    bsp_DelayMS(Delay);
}

HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick (uint32_t TickPriority)
{
    return HAL_OK;
}

uint32_t HAL_GetTick (void) 
{
    static uint32_t ticks = 0U;
    uint32_t i;

    if (osKernelGetState () == osKernelRunning)
    {
        return ((uint32_t)osKernelGetTickCount ());
    }

    /* 如果RTX5还没有运行，采用下面方式 */
    for (i = (SystemCoreClock >> 14U); i > 0U; i--) 
    {
        __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP();
        __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP(); __NOP();
    }
    
    return ++ticks;
}

4.12 第9步，添加BSP驱动文件bsp_dwt.c

添加bsp_dwt.c文件和bsp_dwt.h文件主要是因为第8步中的stm32f4xx_hal_timebase_tim.c文件里面的函数bsp_DelayMS要使用，此函数是基于DWT系统时钟周期计数器实现。

 

4.13 第10步，创建应用任务（重要，注意启动任务）

应用程序比较简单，大家可以直接复制本章教程配置例子的main.c文件中的内容到自己工程里面测试。主要创建了如下几个任务：

AppTaskUserIF任务   : 按键消息处理。

AppTaskLED任务      : LED闪烁。

AppTaskMsgPro任务   : 消息处理，暂未使用。

AppTaskStart任务    : 启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

osRtxTimerThread任务: 定时器任务，暂未使用。

任务栈大小和任务控制块定义如下：

/*
**********************************************************************************************************
                                             变量
**********************************************************************************************************
*/
/* 任务的属性设置 */
const osThreadAttr_t ThreadStart_Attr = 
{
    /* 未使用 */
//    .cb_mem = &worker_thread_tcb_1,
//    .cb_size = sizeof(worker_thread_tcb_1),
//    .stack_mem = &worker_thread_stk_1[0],
//    .stack_size = sizeof(worker_thread_stk_1),
//    .priority = osPriorityAboveNormal,
//    .tz_module = 0
    
    .name = "osRtxStartThread",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh4,
    .stack_size = 2048,
};

const osThreadAttr_t ThreadMsgPro_Attr = 
{
    .name = "osRtxMsgProThread",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh3,
    .stack_size = 1024,
};

const osThreadAttr_t ThreadLED_Attr = 
{
    .name = "osRtxLEDThread",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh2,
    .stack_size = 512,
};

const osThreadAttr_t ThreadUserIF_Attr = 
{
    .name = "osRtxThreadUserIF",
    .attr_bits = osThreadDetached, 
    .priority = osPriorityHigh1,
    .stack_size = 1024,
};

任务创建：

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main (void) 
{    
    /* HAL库，MPU，Cache，时钟等系统初始化 */
    System_Init();

    /* 内核开启前关闭HAL的时间基准 */
    HAL_SuspendTick();
    
    /* 内核初始化 */
    osKernelInitialize();                                  

    /* 创建启动任务 */
    ThreadIdStart = osThreadNew(AppTaskStart, NULL, &ThreadStart_Attr);  

    /* 开启多任务 */
    osKernelStart();
    
    while(1);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskCreate
*    功能说明: 创建应用任务
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate (void)
{
    ThreadIdTaskMsgPro = osThreadNew(AppTaskMsgPro, NULL, &ThreadMsgPro_Attr);  
    ThreadIdTaskLED = osThreadNew(AppTaskLED, NULL, &ThreadLED_Attr);  
    ThreadIdTaskUserIF = osThreadNew(AppTaskUserIF, NULL, &ThreadUserIF_Attr);  
}

这里我们重点看下启动任务，主要做了四个工作：

•   外设初始化bsp_Init。
•   任务创建AppTaskCreate。
•   需要周期性处理的程序bsp_ProPer1ms，对应裸机工程调用的SysTick_ISR。这个的实现非常重要，这样之前裸机里面使用的API，就可以直接在RTX5里面直接调用。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskStart
*    功能说明: 启动任务，这里用作BSP驱动包处理。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*   优 先 级: osPriorityHigh4  
*********************************************************************************************************
*/
void AppTaskStart(void *argument)
{
    const uint16_t usFrequency = 1; /* 延迟周期 */
    uint32_t tick;
    
    /* 初始化外设 */
    HAL_ResumeTick();
    bsp_Init();

    /* 创建任务 */
    AppTaskCreate();

    /* 获取当前时间 */
    tick = osKernelGetTickCount(); 
    
    while(1)
    {
        /* 需要周期性处理的程序，对应裸机工程调用的SysTick_ISR */
        bsp_ProPer1ms();
        
        /* 相对延迟 */
        tick += usFrequency;                          
        osDelayUntil(tick);
    }
}

4.14 常见移植错误总结

常见的移植错误主要有下面几种情况：

•   编译后提示如下两种错误：

Error: L6200E: Symbol PendSV_Handler multiply defined (by irq_cm4f.o and stm32f4xx_it.o).

Error: L6200E: Symbol SVC_Handler multiply defined (by irq_cm4f.o and stm32f4xx_it.o).

解决办法：这是函数重定义了，直接将stm32f4xx_it.c文件里面的PendSV_Handler和SVC_Handler删掉。

4.15 实验例程

本章节配套了如下几个例子供大家移植参考：

•   V5-400_Base Template

裸机模板，方便大家添加RTX5内核源码。

•  V5-401_Threadx Kernel Template

ThreadX内核模板。

MDK进入调试状态后，选择周期更新：

 

然后打开调试组件，注意和RTX4的调试组件位置不同：

 

然后点击MDK的全速运行，

 

至此，就可以动态实时查看RTX5的运行状态：

 

4.16 总结

本章节为大家讲解了RTX5 在MDK AC5上的移植方法，移植涉及到的知识点比较多，初学的话，建议实际动手操作一遍。