FreeRTOS项目工程完善指南：STM32系列

本文是FreeRTOS + STM32开发系列教程的一部分。我们将完善之前移植的FreeRTOS工程，添加串口功能并优化配置文件。

更多优质资源，请访问我的GitHub仓库：https://github.com/Despacito0o/FreeRTOS

准备工作

首先，我们需要准备以下文件：

1. FreeRTOS配置文件（FreeRTOSConfig.h）
2. 串口初始化文件（usart.h和usart.c）

📝 准备工作说明：这些文件是构建完整FreeRTOS工程的基础。FreeRTOSConfig.h用于配置RTOS的核心参数，而串口文件则提供了与PC通信的接口，这对于调试和监控系统运行状态至关重要。

关键文件解析

usart.h文件核心部分

这个文件定义了STM32串口通信所需的宏和函数声明。以下是文件的核心部分：

#ifndef __USART_H
#define	__USART_H

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

/** 
  * 串口宏定义，不同的串口挂载的总线和IO不一样，移植时需要修改这几个宏
  * 1-修改总线时钟的宏，uart1挂载到apb2总线，其他uart挂载到apb1总线
  * 2-修改GPIO的宏
  */
	
// 串口1-USART1
#define  DEBUG_USARTx                   USART1
#define  DEBUG_USART_CLK                RCC_APB2Periph_USART1
#define  DEBUG_USART_APBxClkCmd         RCC_APB2PeriphClockCmd
#define  DEBUG_USART_BAUDRATE           115200

// USART GPIO 引脚宏定义
#define  DEBUG_USART_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOA)
#define  DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd    RCC_APB2PeriphClockCmd
    
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT       GPIOA   
#define  DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_9
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT       GPIOA
#define  DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN        GPIO_Pin_10

// 其他串口配置...

void USART_Config(void);
#endif /* __USART_H */

🔍 注意：上述代码只展示了部分内容，完整的串口配置支持USART1~USART5，可以根据自己的需求选择使用。完整代码请访问我的GitHub仓库获取。

📝 串口配置详解：

1. 时钟配置：USART1使用APB2总线，其他USART使用APB1总线，这决定了时钟频率和性能
2. GPIO配置：定义了TX和RX引脚的具体位置，便于硬件连接
3. 波特率设置：115200是常用的调试波特率，可以根据需要调整
4. 中断配置：通过NVIC配置实现串口中断处理，提高通信效率

usart.c文件核心部分

此文件实现了串口初始化和重定向printf函数的功能：

#include "usart.h"

/**
  * @brief  配置嵌套向量中断控制器NVIC
  * @param  无
  * @retval 无
  */
static void NVIC_Configuration(void)
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  
  /* 嵌套向量中断控制器组选择 */
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  
  /* 配置USART为中断源 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DEBUG_USART_IRQ;
  /* 抢断优先级*/
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  /* 子优先级 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  /* 使能中断 */
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  /* 初始化配置NVIC */
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 更多串口初始化和重定向函数...

🚀 提示：完整代码包含了USART_Config函数以及C标准库printf函数的重定向实现。这使得你可以在FreeRTOS项目中轻松使用printf进行调试输出。

📝 中断配置详解：

1. 优先级分组：使用NVIC_PriorityGroup_2，将4位优先级分为2位抢占优先级和2位子优先级
2. 中断优先级：抢占优先级1和子优先级1的设置确保了串口中断的及时响应
3. 中断使能：通过NVIC_Init使能中断，使系统能够响应串口事件

FreeRTOSConfig.h文件核心部分

FreeRTOSConfig.h是FreeRTOS的核心配置文件，通过修改这些宏定义，可以灵活调整RTOS的行为：

/**
 * @file FreeRTOSConfig.h
 * @author Despacito (https://github.com/Despacito0o/FreeRTOS)
 * @brief FreeRTOS配置文件
 */

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H
 
#include "stm32f10x.h"  // 设备头文件
 
// 调度器配置
#define configUSE_PREEMPTION                    1  // 启用抢占式调度器
#define configUSE_TICKLESS_IDLE                 1  // 启用低功耗无滴答模式
 
// 时钟配置
#define configCPU_CLOCK_HZ                      (SystemCoreClock)  // CPU 时钟频率
#define configTICK_RATE_HZ                      ( ( TickType_t ) 1000 )  // 系统节拍频率
#define configUSE_16_BIT_TICKS                  0  // 使用 32 位节拍计数器

// 更多配置项...

⚙️ 配置说明：这个FreeRTOSConfig.h文件比之前移植时使用的配置文件更加完整和详细，添加了许多有用的配置项和注释。完整的配置文件可在GitHub仓库中获取，里面包含了60+的配置选项，覆盖了从内存管理到中断优先级的各个方面。

📝 配置详解：

1. 抢占式调度：启用抢占式调度器，允许高优先级任务抢占低优先级任务
2. 低功耗模式：启用Tickless模式，在系统空闲时降低功耗
3. 时钟配置：使用系统时钟作为基准，确保时间精度
4. 节拍配置：1000Hz的节拍频率提供了良好的任务调度粒度

工程完善步骤

1. 准备新工程

复制003动态创建工程模板并重命名为005，这将作为我们新的工程模板：

📝 步骤说明：创建新工程模板的目的是为了保持原有工程结构的同时，添加新的功能。这样可以避免破坏原有功能，同时方便进行功能扩展。

2. 替换FreeRTOSConfig.h文件

打开005工程，导航到...\Despacito\005\FreeRTOS目录，更换我们准备好的FreeRTOSConfig.h文件：

📝 步骤说明：替换配置文件是为了使用更完整的FreeRTOS配置选项。新的配置文件提供了更多的可配置项，使系统更加灵活和可定制。

3. 创建驱动文件夹

导航到...\Desktop\Despacito\005，新建一个Driver文件夹：

📝 步骤说明：创建Driver文件夹是为了更好地组织代码结构，将硬件驱动相关的代码集中管理。这种组织方式使代码结构更清晰，便于维护和扩展。

4. 添加串口文件

在Driver文件夹中新建一个usart文件夹，用来存放串口初始化文件，并将usart.c和usart.h这两个文件放进该目录下：

📝 步骤说明：添加串口文件是为了实现与PC的通信功能。这些文件包含了串口初始化和配置的代码，是实现调试和监控功能的基础。

5. 配置工程包含路径

打开工程，点击魔法棒->C/C++(AC6)->Include Paths->…添加如下路径，点击OK->OK：

📝 步骤说明：配置包含路径是为了让编译器能够找到新添加的头文件。这是确保代码能够正确编译的重要步骤。

6. 添加Driver组和串口文件

添加Driver组以及串口初始化文件，并整理一下点击OK：

📝 步骤说明：在工程中添加Driver组是为了在keil中更好地组织和管理驱动相关的文件。这使项目结构更清晰，便于开发和维护。

7. 修改main.c

在main.c中添加#include "usart.h"头文件，并调用串口初始化函数USART_Config()；

📝 步骤说明：修改main.c是为了初始化串口功能。通过调用USART_Config()函数，系统可以正确配置串口参数，为后续的调试输出做好准备。

8. 处理静态内存分配问题

编译后发现有错误，这是因为我们开启了静态内存分配但没有实现相关函数。有两种解决方法：

1. 将configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION改为0
2. 自己实现相关函数

我们选择方法2，从004项目中复制静态任务创建函数：

StaticTask_t        IdleTaskTCB;
StackType_t         IdleTaskStack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
void vApplicationGetIdleTaskMemory( StaticTask_t ** ppxIdleTaskTCBBuffer,
                                   StackType_t ** ppxIdleTaskStackBuffer,
                                   uint32_t * pulIdleTaskStackSize )
{
    * ppxIdleTaskTCBBuffer = &IdleTaskTCB;
    * ppxIdleTaskStackBuffer = IdleTaskStack;
    * pulIdleTaskStackSize = configMINIMAL_STACK_SIZE;
}

📝 步骤说明：处理静态内存分配是为了解决编译错误。通过实现vApplicationGetIdleTaskMemory函数，我们为FreeRTOS的空闲任务提供了静态内存分配的支持。这种方法比动态分配更可靠，适合在资源受限的嵌入式系统中使用。

9. 优化SysTick中断处理

前面我们在FreeRTOSConfig.h中注释了xPortSysTickHandler的定义，现在我们需要规范化SysTick中断处理：

1. 打开port.c，找到xPortSysTickHandler函数
2. 在stm32f10x_it.c中修改SysTick_Handler函数，加入FreeRTOS调度相关代码：

#include "stm32f10x_it.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

// ...

void SysTick_Handler(void)
{
    #if(INCLUDE_xTaskGetSchedulerState==1)
    if(xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED)
    #endif
    {
        xPortSysTickHandler();
    }
}

📝 步骤说明：优化SysTick中断处理是为了确保FreeRTOS的调度器能够正常工作。通过修改SysTick_Handler函数，我们实现了与FreeRTOS调度器的正确集成，确保任务调度的时间精度和可靠性。

10. 最终编译

完成以上步骤后，我们的工程就可以方便地使用宏配置和printf打印信息了：

📝 步骤说明：最终编译成功标志着我们的工程已经完成了所有必要的配置和修改。现在系统具备了完整的调试输出功能，可以通过串口实时监控系统运行状态。

总结

通过本文的步骤，我们成功完善了FreeRTOS工程，添加了：

1. 完整的FreeRTOSConfig.h配置文件
2. 串口通信功能
3. printf调试输出功能
4. 更规范的中断处理方式

这些改进使得我们的FreeRTOS工程更加健壮和实用，为后续开发复杂应用奠定了良好基础。

📚 获取完整代码和更多示例
完整的工程代码、配置文件以及更多示例请访问我的GitHub仓库：https://github.com/Despacito0o/FreeRTOS

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