FreeRTOS qemu mps2-an385 bsp 移植制作：系统启动篇

news2025/1/18 9:58:30

FreeRTOS qemu mps2-an385 bsp 移植制作：环境搭建篇

开发环境

Win10 64位 + VS Code，ssh 远程连接 ubuntu
VMware Workstation Pro 16 + Ubuntu 20.04
FreeRTOSv202212.01（备注：可以在 github 获取最新版本）
qemu qemu-system-arm mps2-an385 开发板，qemu 版本 QEMU emulator version 4.2.1 或更高
arm gcc 交叉编译工具链：当前使用 gcc 编译环境， gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-eabi， gcc version 11.2.1 20220111

前言

前面的 FreeRTOS qemu mps2-an385 bsp 移植制作：环境搭建篇大体讲了一下环境搭建，初步配置了工程目录
本篇继续优化，然后配置 VS Code gdb 调试，让系统启动起来

目录调整

本篇为了系统的介绍 FreeRTOS 的整个移植过程，暂时使用现有的 FreeRTOS Demo，所以 main.c 暂时写个空的 main 函数即可

在这里插入图片描述

main.c

#include <FreeRTOS.h>
#include <FreeRTOSConfig.h>

int main(void)
{
    return 0;
}

FreeRTOS hook 函数

在 BSP 移植时，需要用户实现一些系统钩子函数（Hook），可以全部改为空函数
新建 port.c 文件，放在 qemu_mps2/application/port.c


#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <FreeRTOSConfig.h>

void vAssertCalled(void)
{
    while (1);
}

void vApplicationTickHook(void)
{
}

void vApplicationIdleHook(void)
{
}

void vApplicationGetIdleTaskMemory(StaticTask_t ** ppxIdleTaskTCBBuffer,
                                    StackType_t ** ppxIdleTaskStackBuffer,
                                    uint32_t * pulIdleTaskStackSize)
{
}

void vApplicationGetTimerTaskMemory(StaticTask_t ** ppxTimerTaskTCBBuffer,
                                        StackType_t ** ppxTimerTaskStackBuffer,
                                        uint32_t * pulTimerTaskStackSize)
{
}

void vApplicationMallocFailedHook(void)
{
}

Makefile 构建文件

当前使用 gcc 交叉编译的方式，所以创建 Makefile，qemu_mps2/Makefile，用于 make 编译构建
产物： qemu_mps2.elf

OUTPUT_DIR := ./output
IMAGE := qemu_mps2.elf

KERNEL_ROOT = ./..
#CROSS_COMPILE := /home/rtt/linux/tools/gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major/bin
CROSS_COMPILE = /home/zhangsz/linux/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-eabi/bin/

CC = $(CROSS_COMPILE)/arm-none-eabi-gcc
LD = $(CROSS_COMPILE)/arm-none-eabi-gcc
SIZE = $(CROSS_COMPILE)/arm-none-eabi-size
MAKE = make

CFLAGS += $(INCLUDE_DIRS) -nostartfiles -ffreestanding -mthumb -mcpu=cortex-m3 \
		  -Wall -msoft-float -g -O0 -ffunction-sections -fdata-sections \
		  -std=gnu99 \

LDFLAGS=-mthumb \
		-mcpu=cortex-m3 \
		-mlittle-endian \
		-ffreestanding \
		-specs=nano.specs \
		-specs=nosys.specs \
		-specs=rdimon.specs \
		-T$(LINK_SCRIPTS) \
		-Wl,-Map=qemu_mps2.map

KERNEL_DIR = $(KERNEL_ROOT)/Source
KERNEL_PORT_DIR += $(KERNEL_DIR)/portable/GCC/ARM_CM3

INCLUDE_DIRS += -I$(KERNEL_DIR)/include \
				-I$(KERNEL_DIR)/portable/GCC/ARM_CM3

SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/tasks.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/list.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/queue.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/timers.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/event_groups.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/stream_buffer.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/portable/MemMang/heap_4.c
SOURCE_FILES += $(KERNEL_DIR)/portable/GCC/ARM_CM3/port.c

DEMO_ROOT = $(KERNEL_ROOT)
DEMO_PROJECT = $(DEMO_ROOT)/qemu_mps2
INCLUDE_DIRS += -I$(DEMO_PROJECT) \
				-I$(DEMO_PROJECT)/application \
				-I$(DEMO_PROJECT)/CMSIS/Core/Include \
				-I$(DEMO_PROJECT)/CMSDK_CM3/Include

SOURCE_FILES += $(DEMO_PROJECT)/application/main.c
SOURCE_FILES += $(DEMO_PROJECT)/CMSDK_CM3/Source/system_CMSDK_CM3.c
SOURCE_FILES += $(DEMO_PROJECT)/application/port.c

ASM_OBJS = $(DEMO_PROJECT)/CMSDK_CM3/Source/GCC/startup_CMSDK_CM3.o

APP_OBJS=$(patsubst  %.c, %.o, $(SOURCE_FILES))

LINK_SCRIPTS = $(DEMO_PROJECT)/CMSDK_CM3/Source/GCC/gcc_arm.ld

all: app
	@echo "---- build end ----"

.c.o:
	$(CC) -c $^  -o $@ $(CFLAGS)

.S.o:
	$(CC) -c $^ -o $@ $(CFLAGS)

app : $(APP_OBJS) $(ASM_OBJS)
	$(CC)  $^ -o $(IMAGE) $(LDFLAGS)

clean :
	rm -f $(APP_OBJS)
	rm -f $(ASM_OBJS)
	rm -f $(IMAGE)

export CFLAGS CC

编译

进入 bsp qemu_mps2 目录下，可以通过 make 命令进行编译

device 设置

初次编译会报错，需要定义芯片的型号

在这里插入图片描述

解决方法：qemu_mps2/CMSDK_CM3/Source/system_CMSDK_CM3.c 中添加 #define CMSDK_CM3

#ifndef CMSDK_CM3
#define CMSDK_CM3
#endif

在这里插入图片描述

FreeRTOS 的 Hook 函数未定义

这里需要上面创建的 port.c 实现几个未定义的hook 函数，可以为空，然后让 port.c 加入Makefile，参与编译

启动文件

编译通过了，可以开始调试了，这里开始讲一下启动文件
MCU 第一个执行的不是 main 函数，而是复位：Reset_Handler
当前 qemu mps2-an385 启动文件是：qemu_mps2/CMSDK_CM3/Source/GCC/startup_CMSDK_CM3.S
像 STM32，除了系统的启动文件，还有一个时钟配置相关的文件，当前 qemu mps2-an385 的是 qemu_mps2/CMSDK_CM3/Source/system_CMSDK_CM3.c

链接脚本

嵌入式开发，需要了解基本的链接脚本，当前 qemu mps2-an385 的链接脚本使用 qemu_mps2/CMSDK_CM3/Source/GCC/gcc_arm.ld

VS Code gdb 调试

在没有任何驱动的支持下，编译后的文件是否可以执行呢？其实启动文件与链接脚本，已经让 MCU 可以启动了
VS Code gdb 调试配置文件，VS Code 调试按钮，如果没有就创建一个 .vscode/launch.json

在这里插入图片描述

{
    // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
    // Hover to view descriptions of existing attributes.
    // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "name": "qemu_mps2",
            "type": "cppdbg",
            "request": "launch",
            "program": "${workspaceFolder}/qemu_mps2/qemu_mps2.elf",
            "cwd": "${workspaceFolder}",
            //"miDebuggerPath": "/home/rtt/tools/gcc-arm-none-eabi-7-2018-q2-update/bin/arm-none-eabi-gdb-py",
            "miDebuggerPath": "/home/zhangsz/linux/tools/gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-eabi/bin/arm-none-eabi-gdb",
            "miDebuggerServerAddress": "localhost:1234",
            "stopAtEntry": true,
            //"preLaunchTask": "Run QEMU"
        }
    ]
}

qemu 启动与调试脚本

新建 qemu.sh ，并设置执行权限： chmod +x qemu.sh

#!/bin/bash
qemu-system-arm -machine mps2-an385 \
	-cpu cortex-m3 \
	-kernel ./qemu_mps2.elf \
	-monitor none \
	-nographic

新建 qemu-debug.sh，并设置执行权限： chmod +x qemu-debug.sh

#!/bin/bash
qemu-system-arm -machine mps2-an385 \
	-cpu cortex-m3 \
	-kernel ./qemu_mps2.elf \
	-monitor none \
	-nographic \
	-s -S

备注：当前 FreeRTOS 无法正常运行，所以执行 ./qemu.sh 没有任何的反应，会卡住
执行 ./qemu-debug.sh，此时进入调试模式，卡住
点击 VS Code 调试按钮，进入调试

在这里插入图片描述

正常启动时，会进入 qemu_mps2/CMSDK_CM3/Source/GCC/startup_CMSDK_CM3.S 的 Reset_Handler 函数，这个系统的启动入口，第一个执行的函数
开始执行 SystemInit，这个函数在 qemu_mps2/CMSDK_CM3/Source/system_CMSDK_CM3.c
此时调试按【单步】，可以进入 SystemInit，

在这里插入图片描述