相信有不少小伙伴手上只有M4的开发板，想要移植FreeRTOS；但是，网上大部分都是M3移植教程。因此，陷入深深的迷茫中，难不成只能使用仿真了？？？🤔因此，小编特意写了一篇关于M4的移植教程。
本文移植基于以下软硬件平台：
- 硬件平台为：主板为Cortex-M4芯片的开发板，此处，小编将以蓝桥杯嵌入式开发板——STM32G431RBT6开发板作为示例；
- 软件系统为：FreeRTOSv202212.00；
FreeRTOS简介
在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。
FreeRTOS就是一款嵌入式实时操作系统，并且还是一款“开源免费”的实时操作系统，遵循GPLv2+的许可协议。好好使用该系统，大家将告别裸机开发，迈向基于操作系统的程序开发。
其功能与特点有：
- 用户可配置内核功能；
- 多平台的支持；
- 提供一个高层次的信任代码的完整性；
- 目标代码小，简单易用；
- 遵循MISRA-C标准的编程规范；
- 强大的执行跟踪功能；
- 堆栈溢出检测；
- 没有限制的任务数量；
- 没有限制的任务优先级；
- 多个任务可以分配相同的优先权；
- 队列，二进制信号量，计数信号灯和递归通信和同步的任务；
- 优先级继承；
- 免费开源的源代码；
项目工程建立
由于STM32G431RBT6无法直接使用Keil建立工程，需要借助CubeMx才能完成此工作，因此，项目工程建立都是基于CubeMx的，当然，如果大家会使用CubeMx建立工程或者开发板可以不使用CubeMx建立工程就可跳过此部分。
模板工程配置
-
步骤一：打开CubeMX后，初始化时钟RCC，使用无源外部晶振；
-
步骤二：调整系统主频至80MHz；
-
步骤三：配置工程信息；
LEDCubeMX配置
-
PC8-PC15 配置成 GPIO_OutPut,将默认电平电平设置成高电平,不加上拉下拉;
-
PD2配置成GPIO_OutPut,将默认电平设置成低电平,不加上拉下拉；
每次使用LED时一定要记得将PD2拉高拉低，也就是打开关闭锁存器；否则，本次操作就会变成无效操作。
FreeRTOS下载以及移植步骤
下载？🤔当然还是进入官网下载啦！🤣🤣🤣FreeRTOS官网
解压后可以得到以下文件，而目标文件则是第一个FreeRTOS。
移植时需要将source里的大部分文件全部移植，因此可以将整个文件夹都搬过去，而demo中的文件是使用示例，在测试时可以康康里面的示例。
在Source/portable文件夹中，我们需要的就是内存管理文件与处理器文件，其余的文件暂时用不到，可以将除RVDS与MemMang两个文件夹外其余所有的文件夹都删掉。
Source/portable/RVDS文件夹中，其提供了里面包含了各种处理器相关的文件，如图所示，因为本次所使用开发板的处理器是M4，因此要保留ARM_CM4F文件夹的内容，可以将其他内容都删除。ARM_CM4F中，ARM_CM4表示其处理器为M4，F表示支持该芯片加强了浮点运算。
Source/portable/MemMang文件夹中，其提供的是一些内存管理文件，共有5个，各个文件解释如下：
- heap1：最简单的内存管理，管理的其实是一个静态全局变量，只允许分配，不允许释放，设计之初就是用于创建信号量、任务、队列一般不需要释放的数据,不过在FreeRTOS V9.0.0及其以后版本添加 support for static allocation基本就被替代了。
- heap2.：比1多了内存释放，分配也因为有内存释放原因多了一个最佳适配算法，不过在内存释放后没有空闲块合并的功能，只适合信号量队列任务等大小固定的内存分配，随机大小的内存分配释放会因为内存碎片问题而无法进行。后面heap4是heap2的优化版。
- heap3：简单封装标准C库mallco和free，提供线程安全。
- heap4：一般来说FREERTOS五种堆管理里这个是最常见使用的了，首次适配算法，heap2的优化版，多了相邻内存碎片合并功能，内存碎片的风险少很多，不过没有MMU的芯片没有逻辑地址和物理地址的映射概念，内存分配就是一个萝卜一个坑，想做内存紧凑比较费劲。
- heap5：比heap4多了不连续地址多段内存管理，分配释放代码完全一样。
删除部分文件后完整的移植所需的内核文件如下：
移植后验证
目标：
首次实验的目标是，使用FreeRTOS创建两个任务，即：
任务一：LED1以合适的时间间隔闪烁；
任务二：LED2以合适的时间间隔闪烁；
由于FreeRTOS是一个可配置的实时操作系统，因此在使用前还需要配置其功能，也就是设置宏定义的值，否则编译时会报错。
程序
首先，给大家展示小编理想代码
其思路是：
- 1.创建两个任务，并且保存创建时的返回值；
- 2.判断两个任务是否都创建成功，如果失败，就点亮LED6,；否则就进入裸机的
while(1)中，执行裸机程序，将不再执行下面步骤;- 3.开启FreeRTOS的任务调度；
可以看出来实现步骤非常简单，而且下面的任务函数也非常简单；但是在实际使用时，一旦所有任务经vTaskDelay函数进入阻塞状态，这些任务将无法恢复，整个系统就会处于空闲状态（也就是没有任何正在执行的任务）。🤔🤔🤔 这个问题小编暂时还未解决方法，如有必要，后续会出一篇文件讲解这个问题。
//任务控制权柄
TaskHandle_t xHandleTsak[2];
/*****************************************
* 函数功能：freertos工作函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*****************************************/
void freertosWork(void)
{
//存储创建任务的返回值
BaseType_t xReturn[2] ;
//动态创建任务1
xReturn[0] = xTaskCreate(
(TaskFunction_t )task1,//任务入口函数
(const char *)"task1",//任务名字
(uint16_t)100,//任务栈大小
(void*)NULL,//任务入口参数
1,//任务优先级 优先级越高，任务优先选越高
&xHandleTsak[0]//任务控制块
);
//动态创建任务2
xReturn[1] = xTaskCreate(
(TaskFunction_t )task2,//任务入口函数
(const char *)"task2",//任务名字
(uint16_t)100,//任务栈大小
(void*)NULL,//任务入口参数
1,//任务优先级 优先级越高，任务优先选越高
&xHandleTsak[1]//任务控制块
);
//创建成功
if (pdPASS == xReturn[0] == xReturn[1])
//启动任务，开启调度
vTaskStartScheduler();
//创建失败
else
//点亮LED6
changeLedStateByLocation(LED6,ON);
}
//任务1
void task1(void)
{
const volatile TickType_t xDelay1000ms = pdMS_TO_TICKS( 1000UL );
while(1)
{
//LED1反转状态
rollbackLedByLocation(LED1);
vTaskDelay( xDelay1000ms );
}
}
//任务2
void task2(void)
{
const volatile TickType_t xDelay1000ms = pdMS_TO_TICKS( 900UL );
while(1)
{
//LED2状态反转
rollbackLedByLocation(LED2);
vTaskDelay( xDelay1000ms );
}
}
这是小编实际使用的代码
其实，实际使用的代码跟上述代码大部分一样，并且逻辑也大致相似。
不同的是，实现LED灯闪烁的方式，也就是任务的阻塞态与运行态转换的方式不同。本来是打算借助于vTaskDelay函数实现的，但是一旦出现该函数，程序就会死机；因此，小编打算使用空闲任务来定时激活两个任务，这里的前提条件是两个任务一旦执行完一次就必须进入挂起状态（阻塞状态），因为只有这样，该空闲任务才能重新激活已经挂起的任务。
//任务控制权柄
TaskHandle_t xHandleTsak[2];
//存储计数值
volatile uint32_t count[3] = {0,0,0};
/*****************************************
* 函数功能：freertos工作函数
* 函数参数：无
* 函数返回值：无
*****************************************/
void freertosWork(void)
{
//存储创建任务的返回值
BaseType_t xReturn[2] ;
//动态创建任务1
xReturn[0] = xTaskCreate(
(TaskFunction_t )task1,//任务入口函数
(const char *)"task1",//任务名字
(uint16_t)100,//任务栈大小
(void*)NULL,//任务入口参数
1,//任务优先级 优先级越高，任务优先选越高
&xHandleTsak[0]//任务控制块
);
//动态创建任务2
xReturn[1] = xTaskCreate(
(TaskFunction_t )task2,//任务入口函数
(const char *)"task2",//任务名字
(uint16_t)100,//任务栈大小
(void*)NULL,//任务入口参数
1,//任务优先级 优先级越高，任务优先选越高
&xHandleTsak[1]//任务控制块
);
//创建成功
if (pdPASS == xReturn[0] == xReturn[1])
//启动任务，开启调度
vTaskStartScheduler();
//创建失败
else
//点亮LED6
changeLedStateByLocation(LED6,ON);
}
//任务1
void task1(void)
{
const volatile TickType_t xDelay1000ms = pdMS_TO_TICKS( 1000UL );
while(1)
{
//LED1反转状态
rollbackLedByLocation(LED1);
//挂起任务
vTaskSuspend(xHandleTsak[0]);
}
}
//任务2
void task2(void)
{
const volatile TickType_t xDelay1000ms = pdMS_TO_TICKS( 900UL );
while(1)
{
//LED2状态反转
rollbackLedByLocation(LED2);
//挂起任务
vTaskSuspend(xHandleTsak[1]);
}
}
//空闲任务
void vApplicationIdleHook (void)
{
while(1)
{
if(count[0]++ % 900000 == 0)
//恢复任务1
vTaskResume(xHandleTsak[1]);
else if(count[0] % 1000000 == 0)
//恢复任务0
vTaskResume(xHandleTsak[0]);
}
}
结果
本来在此处放置一个视频的，但是放置后发现好丑啊🤣🤣🤣。因此，在此处就放置三张图片，注意，这三张图片是连续的哈🤔🤔🤔。
结果1-点亮LED1
结果2-点亮LED2
结果3-点亮LED1与LED2
移植时遇到的典型问题
问题一：中断服务函数重复
问题描述：该报错是因为FreeRTOS中断服务函数与Cortex-M4中断服务函数重复；
问题解决：
- 1.使用弱定义__weak修饰其中一个函数；
- 2.删除其中一个函数；
问题二：汇编代码报错
问题描述：该报错是因为汇编代码操作数据时数据类型有误；
问题解决：将stm32g431xx.h文件（指的是芯片头文件）中__NVIC_PRIO_BITS 声明的值由4U改成4即可，如下图；
问题三：芯片空间不足
问题描述：由于芯片空间不足就会出现类似 freertosTest\freertosTest.axf: Error: L6406E: No space in execution regions with .ANY selector matching heap_4.o(.bss).的报错
解决方法：该问题小编暂时还未解决，不过网上有很多博客都在解释这个报错，有兴趣的朋友可以去看看。
看到这，相信大部分朋友可能会问：小编都没有解决这个问题，那这个工程时咋跑起来的呢？这不框我嘛😢😢😢。别急，小编这就告诉你原因，正如小编前面所说，小编一开始是移植一位大佬线程的FreeRTOS操作系统的，但是呢，在多方面尝试后，发现咋都不行；因此，小编就去官网下载了官方的FreeRTOS，再参考大佬的移植步骤，最后移植出一个可使用的带FreeRTOS操作系统的G431开发板😁😁😁。
小结
虽然移植过程非常磨人，也花了很多时间去写bug与修bug，但是好在最终还是弄出来了。总的来说移植并不难，只要大家找对芯片信号，再仔细对照教程移植，相信大家总会拥有一个带操作系统的开发板🎉🎉🎉。
福利
下边是小编个人整理出来免费的、保姆级的蓝桥杯嵌入式福利，有需要的童鞋可以自取哟！🤤🤤🤤
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最后，欢迎大家留言或私信交流，共同进步哟！😉😉😉
