FreeRTos学习记录--1.工程创建与源码概述

news2025/4/22 13:09:39

1.工程创建与源码概述

1.1 工程创建

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

使用STM32CubeMX，可以手工添加任务、队列、信号量、互斥锁、定时器等等。但是本课程不想严重依赖STM32CubeMX，所以不会使用STM32CubeMX来添加这些对象，而是手写代码来使用这些对象。

使用STM32CubeMX时，有一个默认任务，此任务无法删除，只能修改其名称和函数类型，如下图所示：

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这里工程创建设计rtos后的特别之处就这些，其他部分与正常的裸机工程一样。

STM32CubeMX只是帮我们初始化了所配置的硬件模块，你要实现什么功能，需要自己添加代码。

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下面分析几个问题：

1.在嵌入式开中经常遇到的CMSIS是什么？

2.在STM32CubeMX里面配置工程，经常说的中间件是啥？

上面其实是分立的问题，那么我们这参考佬的讲解：

Keil MDK5软件包的组成、Cortex微控制器软件接口标准CMSIS，重点介绍CMSIS-CORE的组成和使用_mdk软件中器件支持包的组成以及子文件夹的作用-CSDN博客

嵌入式系统的应用开发需要基于目标机-宿主机的交叉编译系统，在集成开发环境的支持下进行，应用程序通常采用高级编程语言C/C++进行编写。使用MDK开发工具进行STM32微控制器的应用开发需要安装软件包，软件包包括：

设备驱动程序库STM32F1XXX_DFP.XXX.pack（对于Keil MDK5而言是根据开发设备的不同选择性安装，MDK4之前的版本都是默认全部安装）Cortex微控制器软件接口标准CMSIS库（默认安装）中间件Middleware（默认安装）以及代码模板、示例等,如下图所示。

CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard）是ARM公司为其Cortex-M系列微控制器定义的一套软件接口标准，旨在简化微控制器的软件开发，使得开发者可以更容易地开发跨不同Cortex-M处理器系列和供应商的嵌入式应用程序。

CMSIS pack主要由以下几部分组成：

CMSIS-CORE提供了Cortex-M处理器的核心功能接口，**包括NVIC、SysTick、处理器的寄存器访问、中断向量和中断函数名称。**从软件开发角度看，CMSIS-CORE进行了一系列标准化工作：标准化处理器外设定义、标准化处理器特性的访问函数、标准化系统异常处理程序的函数名等。用户的应用程序既可以通过CMSIS层提供的函数（包括设备厂商提供的外设驱动程序）访问微控制器硬件，也可以利用CMSIS的标准化定义直接对外设编程，控制底层的设备。如果移植了实时操作系统，用户应用程序也可以调用操作系统函数。
CMSIS-DSP是一个为Cortex-M处理器优化的数字信号处理库，提供了丰富的DSP函数，如FFT、滤波器、矩阵运算等。
CMSIS-RTOS为实时操作系统提供了一个标准的API接口，使得开发者可以轻松地在不同的RTOS之间切换。

对于STM32 MCU，我们只需要关心 CMSIS-RTOS，因为在STM32 代码中只有 FreeRTOS提供了cmsis 接口，驱动层还是要使用 HAL库。CMSIS是ARM为Cortex-M系列MCU提供的标准API，而各个使用该内核的芯片厂商（比如NXP、ST、intel），通常会在这些接口的基础上进一步开发适用于自家芯片的开发库，比如ST的HAL、LL、SPL库。

在STM32CubeMX中，“Middleware and Software Packs”（中间件和软件包）部分用于配置和管理与STM32微控制器相关的软件组件。这些组件可以包括文件系统、操作系统、通信协议等，你可以选择需要的组件，并进行相应的配置，如设置文件系统参数、配置任务优先级等。这些配置会生成相应的代码，集成到你的项目中，从而简化开发过程。

常见的中间件和软件包包括：

FATFS：这是一个通用的文件系统模块，支持FAT文件系统，允许在嵌入式系统中读写文件。
FreeRTOS：这是一个实时操作系统内核，适用于需要多任务处理的嵌入式系统。它提供了任务管理、同步机制、内存管理等功能。
USB_DEVICE：这是一个USB设备栈，用于实现STM32微控制器作为USB设备的功能，支持USB通信和设备模式。

中间件的作用：

抽象硬件细节：中间件提供了一层抽象，使得开发者可以不必深入了解硬件的具体实现细节，从而简化开发过程。
提高代码复用性：通过使用中间件，开发者可以重用已有的代码库，减少重复开发的工作量。
增强功能：中间件通常提供了一些高级功能，如网络通信、文件系统支持等，这些功能对于嵌入式系统来说可能难以自行实现。
简化开发：中间件简化了复杂功能的实现，使得开发者可以更专注于应用逻辑的开发。

1.2 源码概述

移植时涉及的文件

移植FreeRTOS时涉及的文件放在 FreeRTOS/Source/portable/[compiler]/[architecture] 目录下，比如：RVDS/ARM_CM3，这表示cortexM3架构在RVDS或Keil工具上的移植文件。里面有2个文件：

port.c
portmacro.h

核心文件

FreeRTOS的最核心文件只有2个：

FreeRTOS/Source/tasks.c
FreeRTOS/Source/list.c

其他文件的作用也一起列表如下：

头文件

内存管理

文件在Middlewares\Third_Party\FreeRTOS\Source\portable\MemMang下，它也是放在“portable”目录下，表示你可以提供自己的函数。源码中默认提供了5个文件，对应内存管理的5种方法。

入口函数

在Core\Src\main.c的main函数里，初始化了FreeRTOS环境、创建了任务，然后启动调度器。源码如下：

/* Init scheduler */
  osKernelInitialize();  /* 初始化FreeRTOS运行环境 */
  MX_FREERTOS_Init();    /* 创建任务 */

  /* Start scheduler */
  osKernelStart();       /* 启动调度器 */

osKernelInitialize()：这个函数初始化FreeRTOS的内核环境。它设置了一些基本的内核参数，如时间片、任务优先级等，为后续的任务创建和调度做准备。
MX_FREERTOS_Init()：这个函数通常是由STM32CubeMX工具自动生成的，用于创建和管理FreeRTOS任务。它可能会初始化任务堆栈、设置任务优先级、创建任务等。
osKernelStart()：这个函数启动FreeRTOS的调度器，开始任务调度。一旦调用这个函数，FreeRTOS将接管CPU的控制权，开始按照任务优先级和调度策略执行任务。

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其实就是各种初始化，然后启动调度器，进入第一个任务。我们之前设计的RVOS，上电后首先运行的是Bootloader。Bootloader负责初始化硬件环境，包括设置时钟、配置内存等，确保系统环境适合RTOS的运行。一旦系统环境准备就绪，Bootloader将控制权转移给 main 函数。

参考：

https://rtos.100ask.net/zh/FreeRTOS/DShanMCU-F103/chapter6.html

Keil MDK5软件包的组成、Cortex微控制器软件接口标准CMSIS，重点介绍CMSIS-CORE的组成和使用_mdk软件中器件支持包的组成以及子文件夹的作用-CSDN博客

[STM32 固件库与 CMSIS 标准如何理解？ - 一郎哥哥 - 博客园]

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