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《嵌入操作系统 – RT-Thread开发笔记》 第二部分 RT-Thread Nano移植与使用 – 第2章 RT-Thread Nano移植(HAL库)

RT-Thread开发笔记 BruceOu 6个月前 (11-10) 208次浏览 0个评论

sDkJBt.jpg

2 基于 CubeMX 移植 RT-Thread Nano

开发环境:
Keil版本:V5.30
RT-Thread版本:3.1.3
STM32cubeMX:V6.0.1

本文介绍如何基于STM32cubeMX移植 RT-Thread Nano ,并以一个 stm32f103 的基础工程作为示例进行讲解。RT-Thread Nano 已集成在 STM32cubeMX中,可以直接在 IDE 中进行下载添加。本文档介绍了如何使用 STM32cubeMX 移植 RT-Thread Nano,并以一个 stm32f103 的基础工程作为示例进行讲解。

移植 Nano 的主要步骤:

1.准备一个基础的 STM32cubeMX工程,并获取 RT-Thread Nano pack 安装包并进行安装。
2.在基础工程中添加 RT-Thread Nano 源码。
3.适配 Nano,主要从 中断、时钟、内存这几个方面进行适配,实现移植。
4.验证移植结果:编写第一个应用代码,基于 RT-Thread Nano 闪烁 LED。
5.最后可对 Nano 进行配置:Nano 是可裁剪的,通过配置文件 rtconfig.h 实现对系统的裁剪。

2.1 RT-Thread移植前的准备

准备一份基础的裸机源码工程,如一份 stm32 的 LED 指示灯闪烁示例代码。

在移植 RT-Thread Nano 之前,我们需要准备一个能正常运行的裸机工程。作为示例,本文使用的是基于 STM32F103 的一个 LED 闪烁程序。程序的主要截图如下:

BLLstU.png

在我们的例程中主要做了系统初始化与 LED 闪烁功能,编译下载程序后,就可以看到 LED 闪烁了。读者可以根据自己的需要使用的芯片,准备一个类似的裸机工程。

关于如何使用STM32CubeMX新建工程请看笔者博客。

STM32CubeMX软件安装与使用

2.2 Nano Pack 安装

要获取 RT-Thread Nano 软件包,需要在 CubeMX 中添加

URL:https://www.rt-thread.org/download/cube/RealThread.RT-Thread.pdsc

具体步骤:进入打开 CubeMX,从菜单栏 help 进入 Manage embedded software packages 界面,点击 From Url 按钮,进入 User Defined Packs Manager 界面,其次点击 new,填入上述网址,然后点击 check,如下图所示:

BLL476.png

check 通过后,点击 OK 回到 User Defined Packs Manager 界面,再次点击 OK,CubeMX 自动连接服务器,获取包描述文件。

BLLThD.png

回到 Manage embedded software packages 界面,就会发现 RT-Thread Nano 3.1.3 软件包,选择该软件包,点击 Install Now,如下图所示:

BLLqcd.png

点击安装之后,弹出 Licensing Agreement ,同意协议,点击 Finish,如下图所示:

BLOC9g.png

等待安装完成,成功安装后,版本前面的小蓝色框变成填充的黄绿色,现象如下图所示:

BLOicj.png

至此,RT-Thread Nano 软件包安装完毕,退出 Manage embedded software packages 界面。

2.3添加 RT-Thread Nano 到工程

2.3.1选择 Nano 组件

打开基础工程,点击 Select Softwares,选择Select Components界面,在 Pack Vendor 中选择 RealThread, 然后根据需求选择 RT-Thread 组件(此处只移植 Nano,只选择 kernel 即可),然后点击 OK 按钮,如下图所示:

BLOEBq.png

注意:RT-Thread Nano 软件包中包含 kernel 与 shell 两个部分,仅选择 kernel 表示只使用 RT-Thread 内核,工程中会添加内核代码;选择 kernel 与 shell 表示在使用 RT-Thread Nano 的基础上使用 FinSH Shell 组件,工程中会添加内核代码与 FinSH 组件的代码,FinSH 的移植笔者会在后文讲解。

2.3.2配置 Nano

选择组件之后,对组件参数进行配置。在工程界面 Pinout & Configuration 中,进入所选组件参数配置区,按照下图进行配置。

BLOeEV.png

生成工程即可。

2.4适配 RT-Thread Nano

2.4.1中断与异常处理

RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler(),这两个函数已由 RT-Thread 实现,所以需要删除工程里中断服务例程文件中的这两个函数,避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译,没有出现函数重复定义的错误,则不用做修改。

2.4.2系统时钟配置

需要在 board.c 中实现 系统时钟配置(为 MCU、外设提供工作时钟)与 os tick 的配置(为操作系统提供心跳 / 节拍)。

如下代码所示, HAL_Init() 初始化 HAL 库, SystemClock_Config()配置了系统时钟, SystemCoreClockUpdate() 对系统时钟进行更新,_SysTick_Config() 配置了 OS Tick。此处 OS Tick 使用滴答定时器 systick 实现,需要用户在 board.c 中实现 SysTick_Handler() 中断服务例程,调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() ,如下图所示。

/* board.c */
void rt_hw_board_init()
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();

    /* System Clock Update */
    SystemCoreClockUpdate();

    /* System Tick Configuration */
    _SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);

    /* Call components board initial (use INIT_BOARD_EXPORT()) */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    rt_components_board_init();
#endif

#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
    rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get());
#endif
}

由于HardFault_Handler()、PendSV_Handler()和 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现,做了系统 OS Tick,所以还需要删除工程里中原本已经实现的 HardFault_Handler()、PendSV_Handler()和 SysTick_Handler() ,避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译,没有出现函数重复定义的错误,则不用做修改。

2.4.3内存堆初始化

系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成,内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启,RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能,这样可以保持一个较小的体积,不用为内存堆开辟空间。

开启系统 heap 将可以使用动态内存功能,如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能,则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可,此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用,如下所示:

BLO8D1.png

初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数,系统中默认使用数组作为 heap,并获取了 heap 的起始地址与结束地址,该数组大小可手动更改,如下所示:

BLON4O.png

注意:开启 heap 动态内存功能后,heap 默认值较小,在使用的时候需要改大,否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况,修改方法有以下两种:

1.可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小,至少大于各个动态申请内存大小之和,但要小于芯片 RAM 总大小。

2.使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址,使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址,这是 heap 能设置的最大值的方法。

2.5编写第一个应用

移植好 RT-Thread Nano 之后,则可以开始编写第一个应用代码验证移植结果。此时 main() 函数就转变成 RT-Thread 操作系统的一个线程,现在可以在 main() 函数中实现第一个应用:板载 LED 指示灯闪烁,这里直接基于裸机 LED 指示灯进行修改。

1.首先在文件首部增加 RT-Thread 的相关头文件 <rtthread.h> 。初始化静态线程结构体和线程栈。

#include <rtthread.h>
static struct rt_thread led_thread;

static char led_thread_stack[256];

2.编写线程入口函数

static void led_thread_entry(void *parameter)
{
    while(1)
    {
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0);
        rt_thread_mdelay(500);
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0);

        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_6);
        rt_thread_mdelay(500);
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_6);

        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_7);
        rt_thread_mdelay(500);
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOG, GPIO_PIN_7);
    }
}

将延时函数替换为 RT-Thread 提供的延时函数 rt_thread_mdelay()。该函数会引起系统调度,切换到其他线程运行,体现了线程实时性的特点。

3.在 main() 函数中(也就是在 main 线程中)初始化 LED 引脚、初始化线程,并开始。

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
      rt_err_t rst;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
    rst = rt_thread_init(&led_thread,
                        "ledshine",
                        led_thread_entry,
                        RT_NULL,
                        &led_thread_stack[0],
                        sizeof(led_thread_stack),
                        RT_THREAD_PRIORITY_MAX-2,
                        20);
    if(rst == RT_EOK)
    {
        rt_thread_startup(&led_thread);
    }
  /* USER CODE END 3 */
}

编译程序之后下载到芯片就可以看到基于 RT-Thread 的程序运行起来了,可以看到三个LED灯不同地闪烁。。

注意:当添加 RT-Thread 之后,裸机中的 main() 函数会自动变成 RT-Thread 系统中 main 线程 的入口函数。由于线程不能一直独占 CPU,所以此时在 main() 中使用 while(1) 时,需要有让出 CPU 的动作,比如使用 rt_thread_mdelay() 系列的函数让出 CPU。

【注】HardFault_Handler中断函数与RT-Thread中的冲突,当然可能还有其他中断函数与RT-Thread中的冲突,注释掉stm32f1xx_it.c中相冲突的中断函数即可。

与裸机 LED 闪烁应用代码的不同:
1). 延时函数不同: RT-Thread 提供的 rt_thread_mdelay() 函数可以引起操作系统进行调度,当调用该函数进行延时时,本线程将不占用 CPU,调度器切换到系统的其他线程开始运行。而裸机的 delay 函数是一直占用 CPU 运行的。

2). 初始化系统时钟的位置不同:移植好 RT-Thread Nano 之后,不需要再在 main() 中做相应的系统配置(如 hal 初始化、时钟初始化等),这是因为 RT-Thread 在系统启动时,已经做好了系统时钟初始化等的配置。

2.6配置 RT-Thread Nano

用户可以根据自己的需要通过修改 rtconfig.h 文件里面的宏定义配置相应功能。

RT-Thread Nano 默认未开启宏 RT_USING_HEAP,故只支持静态方式创建任务及信号量。若要通过动态方式创建对象则需要在 rtconfig.h 文件里开启 RT_USING_HEAP 宏定义。

MDK 的配置向导 configuration Wizard 可以很方便的对工程进行配置,Value 一栏可以选中对应功能及修改相关值,等同于直接修改配置文件 rtconfig.h。

BLODKA.png



代码获取方法

1.长按下面二维码,关注公众号[嵌入式实验楼]
2.在公众号回复关键词[RT-Thread]获取资料

0PPMFS.jpg


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