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FreeRTOS移植到STM32F103环节与注意事项
转载 05月29日 11:16:36
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原文地址：
前言：
由于之前听过太多人抱怨移植FreeRTOS到STM32有各种各样问题，小灯通过一年多对FreeRTOS研究并在公司产品中应用，多少有些心得，接下来就由小灯以最新版FreeRTOS为例一步一步移植到STM32F103上，并提示人们某些需要注意事项。本文档为非正式技术文档，故排版会有些凌乱，但愿人们能提供宝贵意见以供小灯参照改进。
下面先以IAR移植为例，阐明移植过程中诸多注意事项，最后再以MDK移植时不再重复阐明，因此还是建议人们先花些时间看IAR移植过程，哪怕你不使用IAR，最佳也注意下那一大堆注意事项！

一、从官网下载最新版FreeRTOS源码
下面网址是官方最新源码下载地址：

当前官方提供最新版本是v9.0.0， FreeRTOS源码在解压目录下途径为
FreeRTOS_V9.0.0rc2\FreeRTOS\Source

FreeRTOS组织为了抢顾客也是拼了命，不信你打开Demo文献夹看看，里面提供了FreeRTOS在各种单片机上已经移植好工程，如果建工程时遇到什么问题，可以参照下这些Demo。
但是小灯当前着重于自己动手移植FreeRTOS，考虑到原子哥@正点原子顾客比较多，绝大多数习惯了使用MDK来开发STM32，因而小灯分别以IAR和MDK两种使用比较广泛开发环境来移植FreeRTOS。说到IAR和MDK，不得不提是小灯自从用了IAR之后就坚决放弃了MDK，相信诸多人有这个经历，哈哈！

在开始移植FreeRTOS之前，先简介下FreeRTOS源码：

FreeRTOS源码比较少，源文献也远没有UCOS多，但是麻雀虽小五脏俱全，FreeRTOS短小精悍也是最令小灯着迷，虽然缺少了诸多构成某些，例如GUI、网络合同栈、文献系统等，但是这些统统都不是问题，由于完全可以移植第三方组件！
一不小心牛逼又吹大了，哈哈！回归正题，FreeRTOS源码核心某些是tasks.c和list.c别的几种文献功能都是可选，例如软件定期器、队列、协程等等，小灯就不简介了，有兴趣话可以到官网上看简介。include文献夹里面文献是操作系统有关头文献，而portable这个文献夹有些奇葩，先看看里面有啥：

这里文献几乎都是与平台有关，如果你要删掉这里文献时就必要小心了，由于不是所有文献都能删除。
注意文献夹MemMang，里面存储是FreeRTOS自带内存管理方案源文献：

关于内存管理方案选取，小灯后来再跟人们讨论，当前只需要懂得这些文献不能删就好。

接下来看看IAR文献夹内容，里面都是跟单片机底层有关，由于咱们以STM32F103为例，因而只需要保存ARM_CM3文献夹即可，别的可选取性删除。ARM_CM3文献夹里只有几种文献，这几种文献是操作系统最最底层某些：

接下来再看看Keil文献夹内容，里面只有一种文献，文献提示See-also-the-RVDS-directory，意思是让咱们参照RVDS目录下文献。其实咱们以MDK建工程时，就是拿RVDS目录下文献来代替，因而咱们应当把RVDS目录下文献拷贝到Keil目录下，跟上面IAR文献夹同样咱们只拷贝ARM_CM3文献夹即可：

到这里咱们可以把其她无用文献统统删掉了，portable目录下只保存下面几种文献夹文献即可：

当前已经把源码整顿好了，接下来就开始移植工作吧！

二、IAR下移植FreeRTOS
事先阐明下，小灯使用IAR版本是

关于IAR下如何创立STM32基本工程，小灯就偷下懒不简介了，这入门级知识还是交给卖开发板人来传播吧，小灯就以自己平惯用简朴工程为例：

工程当中只有一种LED.c是小灯额外添加，小灯始终停留在跑灯水平，习惯用LED来观测现象，但愿各位大神莫怪。工程源码构造如下：

其中FreeRTOS文献夹下就是FreeRTOS源码：

接下来在工程里面添加FreeRTOS文献：

文献清单如下：
FreeRTOS\tasks.c
FreeRTOS\list.c
FreeRTOS\portable\IAR\ARM_CM3\port.c
FreeRTOS\portable\IAR\ARM_CM3\portasm.s
FreeRTOS\portable\MemMang\heap_4.c

这时有人可要问为什么没有把FreeRTOS所有文献都添加进去，因素我上面提过了，FreeRTOS核心某些是tasks.c和list.c，别的几种文献是可选某些，在此小灯就先不添加这些可选某些以简化咱们工程。小灯建议人们使用内存管理方案四heap_4.c，由于该方案具备内存块碎片合并功能，比heap_2.c最优内存块分派方案要稳定诸多，这是小灯通过很长时间测试对比出来，公司产品也是始终使用heap_4.c，稳定性无懈可击！

接下来非常重要一步就是添加头文献途径：

头文献途径如下：
$PROJ_DIR$\..\Source\FreeRTOS\include
$PROJ_DIR$\..\Source\FreeRTOS\portable\IAR\ARM_CM3

好了这时咱们可以尝试编译下整个工程了，编译成果提示缺少了个头文献：

FreeRTOS组织也真是奇葩，居然连这样重要文献都不提供在源码里面！！！前面提示过人们，新建工程时遇到问题一定要参照官方提供Demo，既然Demo是一堆成品工程，那么里面绝对有咱们所需这个FreeRTOSConfig.h
咱们就选取打开Demo\CORTEX_STM32F103_IAR下这个工程吧，果不其然里面真有咱们需要这个头文献：

把这文献放哪里好呢，这是始终纠结小灯问题，官方直接把这文献放在工程目录下，但这样重要配备文献这样随便放似乎不太好吧。在小灯看来，这个文献重要性和打开概率绝不比FreeRTOS内核文献低，因此还是把它放在源码里面比较合理：

在C/C++ Compiler下添加头文献途径：
$PROJ_DIR$\..\Source\FreeRTOS

尚有一种地方一定要十分注意，由于操作系统最最底层几种文献也需要用到FreeRTOSConfig.h头文献，而底层文献是用汇编来写，因而必要在Assembler下添加FreeRTOSConfig.h头文献途径：

好了再编译一次：

0个错误0个警告，程序员最欢喜莫过于看见这个成果了，哈哈！

在编写系统任务前，有必要对配备文献FreeRTOSConfig.h进行检查。FreeRTOSConfig.h里面几乎都是某些宏定义，关于这些宏定义详细用法，可以在官网上查阅：
小灯只以其中几种比较重要参数作特别阐明，下面以小灯修改过FreeRTOSConfig.h为例作为阐明：

（1）定义系统底层有关函数

其中SVC中断时操作系统启动时进入中断，而PendSV中断手动切换任务时进入中断，SysTick中断不用我多说了，@正点原子基本例程几乎都使用这个定期器定期，在这里SysTick是作为操作系统心脏。由于FreeRTOS对这几种中断名称做了自己定义，因而必要要重定义这几种函数才干正常进入中断，但这样做又会跟ST提供stm32f10x_it.c文献当中定义中断相冲突，因而必要将stm32f10x_it.c下相应几种中断服务函数屏蔽掉，否则编译会提示函数重定义：

（2）修改系统可屏蔽中断优先级阈值
FreeRTOS提供可屏蔽中断优先级阈值是191，相应十六进制数是0xBF：
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY         191
由于STM32F103优先级分组只有4个位，而CM3优先级是以MSB对齐，也就是说STM32F103优先级寄存器只有最高4位有效，低四位是无效。当操作系统进入临界区时，会把上面可屏蔽中断优先级阈值写入BASEPRI寄存器以屏蔽某些中断：

因而当进入临界区时，优先级相应0xB~0xF中断均被屏蔽，而优先级处在0xB前面中断不受影响。这个跟CM0有区别，也是最值得注意地方。
上述基本知识不是小灯要重点提，对CM3优先级不熟悉朋友建议查阅《Cortex-M3权威指南》，接下来才是小灯要重点提。由于使用@正点原子开发板顾客比较多，诸多人直接把FreeRTOS移植到原子哥工程下，然后浮现了各种各样诡异问题，始终无解。其中一种非常严重问题就是小灯上面提及到中断屏蔽问题，下面小灯就这个问题进行一种简朴分析，先贴上@正点原子某些代码：

这是原子哥最惯用中断优先级分组方式，采用分组方式2，2位抢占优先级2位亚优先级。但是在移植FreeRTOS时必要要修改成优先级分组方式4：

把STM32优先级分组4个位均设成抢占优先级，也就是说完全放弃亚优先级。为什么要这样设立？其实这得怪FreeRTOS机构里面被驴踢过逗逼，这些逗逼为了自己省事，直接默认不使用亚优先级，下面让人们见识下这群逗逼解释：

但是站在她们角度来思考，其实咱们也应当给她们那么一丁点儿理解毕竟她们采用了一种比较简朴办法来获取不同厂商单片机有效优先级位数，算法是通过对优先级寄存器组某一种寄存器写入0xFF，然后再读出来看事实上有多少位写入成功，然后依照实际有效位数来重设优先级分组寄存器分组方式（上面提到分组方式4）。有兴趣可以研究下她们算法，代码截图在下面：

不知不觉越扯越远了，回归正题，究竟为什么要重设可屏蔽中断优先级阈值，咱们重新把思路理一下。依照STM32中断优先级设计，只有高4位有效，尚有FreeRTOS默认将4个优先级位均划分为抢占优先级。由于FreeRTOS官方提供中断优先级阈值是191（相应实际0xB），也就是11~15优先级均可被操作系统屏蔽。但咱们实际使用时设立中断优先级普通不会使用到11打后，例如@正点原子基本例程里面使用最多1~3，因此咱们必要要修改这个值，否则咱们要重新修改所有底层驱动优先级。
那么怎么修改比较合理？这个就得看实际应用需要了，其实使用宏configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY来屏蔽某些中断是比较合理，相对于CM3，CM0没有中断优先级阈值寄存器，只能简朴粗暴启动全局中断和关闭全局中断。操作系统在执行十分重要工作时普通不能打断这个工作，特别是这时在中断里面调用了操作系统API函数，这都会严重影响系统稳定性。小灯对configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY理解是，这个数值打后所有中断均划入操作系统管理，而这个数值打前中断则归由顾客自己管理，但顾客必要十分小心地解决这些中断，顾客可以使用这些中断来解决某些跟操作系统无关工作。这纯属个人理解，如有错误之处还请人们指出，小灯会尽快修改！

分析完configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY作用后，下面小灯提供一种参照值：

由于优先级寄存器是高四位有效，因而上述屏蔽阈值事实上是0x1，也就是说优先级在1~15之间中断均可被操作系统屏蔽，而优先级0归由顾客自己控制。值得注意是configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY高四位绝对不能设为0下面小灯给出0x0F仿真成果：

当configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY设为0x0F时系统在进入临界区时BASEPRI寄存器值始终为0，没有更新。下面给出0x1F时仿真成果：

当configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY设为0x1F时系统在进入临界区时BASEPRI寄存器值更新为0x10，中断优先级阈值寄存器起作用了！因素在上面也解释过了，由于STM32F103优先级寄存器是高四位有效，相应BASEPRI也是高四位可以写入而低四位无法写入，而BASEPRI有一种特点——对它写0会取消屏蔽所有中断（相称于禁用了该寄存器），因而BASEPRI高四位一定不能设为0，否则不会屏蔽任何中断，这点注意下就好了。
（3）添加参数检测功能

该参数检测功能是官方提供一种参照，诸多人为了省事不使用参数检测，但小灯劝诫各位千万不能干这蠢事！说了半天想必人们也累了，那么接下来就开始咱们跑灯之旅吧！

下面就以LED创立两个闪烁任务：

至于LED底层驱动代码在工程里面提供了，在这不详细解释，读者可自行修改。在main函数里一方面设立中断优先级分组方式4，然后创立2个LED任务，堆栈深度40个字（160字节）即可，然后启动任务调度器，整个操作系统就可以跑起来了。

重新编译下工程，这时会提示有错误：

接下来咱们需要屏蔽这些编译错误：

在C/C++ CompilerDiagostics里面添加Pa082,Pe191,Pe167
重新编译一次：

编译通过，下载到板子上后就可以看到2个LED按照一定频率闪烁了！

三、MDK下移植FreeRTOS
由于在上面IAR移植过程中已经把需要注意事项详细，再次就不累述了，只给出移植过程。小灯使用MDK版本是：

至于MDK工程新建，请参照@正点原子教程资料，小灯就不抢原子哥风头了，哈哈！

工程沿袭了小灯一贯简约作风：

（1）添加FreeRTOS源文献：

源文献清单途径如下：
FreeRTOS\tasks.c
FreeRTOS\list.c
FreeRTOS\portable\Keil\ARM_CM3\port.c
FreeRTOS\portable\MemMang\heap_4.c
注意这里FreeRTOSConfig.h来源小灯在上面IAR移植里面已经详细阐明了，并且对FreeRTOSConfig.h里面内容做了大篇幅分析，读者请自行翻查，在此不再累述。

（2）添加头文献途径：

（3）修改stm32f10x_it.c文献：

至于为了要修改该文献，小灯在上面IAR移植里面已经详细阐明了，读者请自行翻查，在此不再累述。

（4）创立两个LED闪烁任务：

代码解释在IAR移植里面已经详细阐明了，读者请自行翻查，在此不再累述。

（5）编译工程：

在MDK移植FreeRTOS相对来说顺利诸多，由于不会浮现一大堆警告和错误。接下来下载到板子，效果跟IAR移植后同样，2个LED按照预定频率闪烁！

总结：
FreeRTOS移植难度并不大，只是有些地方需要注意，否则出问题了也完全找不出问题出在哪里。由于小灯习惯了使用IAR，习惯使用MDK顾客如果看IAR移植环节也许会很不习惯，但两者移植过程相仿，读者只需要注意相应事项就好。鉴于小灯水平有限，文档难免会有出错地方，小灯也很但愿各位能指出错误之处或提供宝贵意见，小灯会及时修改，不胜感激！

FreeRTOS官方网址为：