1. FreeRTOS下載包的文件結(jié)構(gòu)

在FreeRTOS官方網(wǎng)站可以下載到最新版的FreeRTOS包，我這里使用的是V8.2.3版本。

下載包內(nèi)的總文件數(shù)量多的令人生畏，但文件結(jié)構(gòu)卻很簡(jiǎn)潔。《FreeRTOS入門(mén)指南》一文的第3節(jié)詳細(xì)描述了下載包文件結(jié)構(gòu)，我們這里只是簡(jiǎn)單提一下。

下載包根目錄下包含兩個(gè)子目錄：FreeRTOS和FreeRTOS-Plus。其中，F(xiàn)reeRTOS-Plus文件夾中包含一些FreeRTOS+組件和演示例程（組件大都收費(fèi)），我們不對(duì)這個(gè)文件夾下的內(nèi)容多做了解，重點(diǎn)說(shuō)一下FreeRTOS文件夾。

FreeRTOS文件夾下包含兩個(gè)子目錄：Demo和Source。其中，Demo包含演示例程的工程文件，Source包含實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)源代碼文件。

FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核僅包含三個(gè)必要文件，此外還有三個(gè)可選文件。RTOS核心代碼位于三個(gè)源文件中，分別是tasks.c、queue.c和list.c。這三個(gè)文件位于FreeRTOS/Source目錄下，在同一目錄下還有3個(gè)可選的文件，叫做timers.c、event_groups.c和croutine.c，分別用于軟件定時(shí)器、事件組和協(xié)程。

對(duì)于支持的處理器架構(gòu)，RTOS需要一些與處理器架構(gòu)相關(guān)的代碼?？梢苑Q(chēng)之為RTOS硬件接口層，它們位于FreeRTOS/Source/Portable/[相應(yīng)編譯器]/[相應(yīng)處理器架構(gòu)]文件夾下。我們這次要移植到Cortex-M3微控制，使用Keil MDK編譯器，所以需要的RTOS硬件接口代碼位于：FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM3文件夾下。

堆棧分配也是屬于硬件接口層（移植層），在FreeRTOS/Source/portable/MemMang文件夾下具有各種類(lèi)型的堆棧分配方案。這里我們使用heap_1.c提供的堆棧分配方案。關(guān)于FreeRTOS的內(nèi)存管理，后續(xù)   FreeRTOS內(nèi)存管理分析一文中會(huì)詳細(xì)介紹FreeRTOS內(nèi)存管理的特性和用法，FreeRTOS進(jìn)階內(nèi)存管理示例完全解析一文會(huì)從源碼級(jí)別分析FreeRTOS內(nèi)存管理的具體實(shí)現(xiàn)，這里不用多糾結(jié)，你也可以快速的瀏覽一下這兩篇文章，里面或許有許多不懂的，但不要著急，先放過(guò)它們。

FreeRTOS文件夾下的Demo文件夾中還包括各種演示例程，涉及多種架構(gòu)的處理器以及多種編譯器。FreeRTOS/Demo/Common/Minimal文件夾下的演示例程代碼中，絕大部分對(duì)所有移植硬件接口都是適用的。FreeRTOS/Demo/Common/Full文件夾下的代碼屬于歷史遺留代碼，僅用于PC移植層。

2. 移植前的一些準(zhǔn)備

一塊具有Cortex-M3微處理器的硬件板子，并且保證板子可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。下載FreeRTOS程序包（《FreeRTOS歷史版本更新記錄》一文中有下載地址，這是我在下載頻道做的鏡像文件?？梢匀ス俜骄W(wǎng)站下載。下載CMSIS-M3，其實(shí)主要是需要里面的core_cm3.h文件（可以去ARM官方下載，如果你安裝了keil 5或比較新的Keil 4 MDK編譯器，在目錄：Keil\ARM\CMSIS文件夾下也可以找到）

3.移植過(guò)程

3.1 添加RTOS核心代碼

將tasks.c、queue.c和list.c這三個(gè)內(nèi)核代碼加入工程，將port.c和heap_1.c這兩個(gè)與處理器相關(guān)代碼加入工程。port.c位于FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM3文件夾下，heap_1.c位于FreeRTOS/Source/portable/MemMang文件夾下。

3.2 添加頭文件路徑

 ...\FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM3 

…\FreeRTOS\Source\include

3.3 編寫(xiě)FreeRTOSConfig.h文件

對(duì)于剛接觸FreeRTOS的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單方法是找一個(gè)類(lèi)似的Demo工程，復(fù)制該工程下的FreeRTOSConfig.h文件，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行修改。詳細(xì)的配置說(shuō)明將在后續(xù)FreeRTOS內(nèi)核配置說(shuō)明一文中給出，這里依然不必糾結(jié)。

3.4 編寫(xiě)一些鉤子函數(shù)

如果你在FreeRTOSConfig.h中設(shè)置了configUSE_TICK_HOOK=1，則必須編寫(xiě)voidvApplicationTickHook( void )函數(shù)。該函數(shù)利用時(shí)間片中斷，可以很方便的實(shí)現(xiàn)一個(gè)定時(shí)器功能。詳見(jiàn)后續(xù)文章 FreeRTOS內(nèi)核配置說(shuō)明 有關(guān)宏configUSE_TICK_HOOK一節(jié)。

如果你在FreeRTOSConfig.h中設(shè)置了configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW=1或=2，則必須編寫(xiě)voidvApplicationStackOverflowHook( xTaskHandle pxTask, signed char *pcTaskName )函數(shù)，該函數(shù)用于檢測(cè)堆棧溢出，詳見(jiàn)后續(xù)文章 FreeRTOS內(nèi)核配置說(shuō)明 有關(guān)宏configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW一節(jié)。

3.5 檢查硬件

為了驗(yàn)證你的硬件板子是否可靠的工作，首先編寫(xiě)一個(gè)小程序片，比如閃爍一個(gè)LED燈或者發(fā)送一個(gè)字符等等，我們這里使用UART發(fā)送一個(gè)字符。代碼如下所示（假設(shè)你已經(jīng)配置好了啟動(dòng)代碼，并正確配置了UART）：

       #include"task.h"
       #include"queue.h"
       #include"list.h"
       #include"portable.h"   
       #include"debug.h"
       int main(void)
       {
           init_rtos_debug();           //初始化調(diào)試串口
           MAP_UARTCharPut('A');        //發(fā)送一個(gè)字符
           while(1);
       }

如果硬件可以正常發(fā)送字符，說(shuō)明硬件以及啟動(dòng)代碼OK，可以進(jìn)行下一步。

3.6 掛接中斷

在Cortex-M3硬件下，F(xiàn)reeRTOS使用SysTick作為系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘，使用SVC和PendSVC進(jìn)行上下文切換。異常中斷服務(wù)代碼位于port.c文件中，F(xiàn)reeRTOS的作者已經(jīng)為各種架構(gòu)的CPU寫(xiě)好了這些代碼，可以直接拿來(lái)用，需要用戶(hù)做的，僅僅是將這些異常中斷入口地址掛接到啟動(dòng)代碼中。

在startup.s中，使用IMPORT關(guān)鍵字聲明要掛接的異常中斷服務(wù)函數(shù)名，然后將：

         DCD     SVC_Handler            換成：   DCD     vPortSVCHandler
         DCD     PendSV_Handler         換成：   DCD     xPortPendSVHandler
         DCD     SysTick_Handler        換成：   DCD     xPortSysTickHandler

3.7 建立第一個(gè)任務(wù)Task

在步驟3.5中，我們?yōu)榱藴y(cè)試硬件是是否能夠工作，編寫(xiě)了一個(gè)發(fā)送字符的小函數(shù)，這里我們將把這個(gè)小函數(shù)作為我們第一個(gè)任務(wù)要執(zhí)行的主要代碼：每隔1秒鐘，發(fā)送一個(gè)字符。代碼如下所示：

   void vTask(void *pvParameters)
   {
        while(1)
        {
            MAP_UARTCharPut(0x31);
            vTaskDelay(1000/portTICK_RATE_MS);
        }
   }

FreeRTOS的任務(wù)以及編寫(xiě)格式將在后續(xù)文章FreeRTOS任務(wù)概要一文中詳述，這里只是一個(gè)很簡(jiǎn)單的任務(wù)，先有有大體印象。這里面有一個(gè)API函數(shù)vTaskDelay()，這個(gè)函數(shù)用于延時(shí)，具體用法將在后續(xù)文章FreeRTOS任務(wù)控制一文中詳細(xì)介紹，延時(shí)函數(shù)代碼級(jí)分析將在第十篇FreeRTOS系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘分析系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘分析。這里不必在意太多的未知情況，因?yàn)楹竺鏁?huì)一點(diǎn)點(diǎn)將這些未知空間探索一遍的。

3.8 設(shè)置節(jié)拍時(shí)鐘

這里我們使用SysTick定時(shí)器作為系統(tǒng)的節(jié)拍時(shí)鐘，設(shè)定每隔10ms產(chǎn)生一次節(jié)拍中斷。由于FreeRTOS對(duì)移植做了非常多的工作，以至于我們只需要在FreeRTOSConfig.h中配置好以下兩個(gè)宏定義即可：

configCPU_CLOCK_HZ&& (/*你的硬件平臺(tái)CPU系統(tǒng)時(shí)鐘，F(xiàn)cclk*/)

configTICK_RATE_HZ&&& ((portTickType)100) &

第一個(gè)宏定義CPU系統(tǒng)時(shí)鐘，也就是CPU執(zhí)行時(shí)的頻率。第二個(gè)宏定義FreeRTOS的時(shí)間片頻率，這里定義為100，表明RTOS一秒鐘可以切換100次任務(wù)，也就是每個(gè)時(shí)間片為10ms。

在prot.c中，函數(shù)vPortSetupTimerInterrupt()設(shè)置節(jié)拍時(shí)鐘。該函數(shù)根據(jù)上面的兩個(gè)宏定義的參數(shù)，計(jì)算SysTick定時(shí)器的重裝載數(shù)值寄存器，然后設(shè)置SysTick定時(shí)器的控制及狀態(tài)寄存器，設(shè)置如下：使用內(nèi)核時(shí)鐘源、使能中斷、使能SysTick定時(shí)器。另外，函數(shù)vPortSetupTimerInterrupt()由函數(shù)vTaskStartScheduler()調(diào)用，這個(gè)函數(shù)用于啟動(dòng)調(diào)度器。

3.9設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)相關(guān)宏

這里特別重要，因?yàn)樯婕暗街袛鄡?yōu)先級(jí)和中斷嵌套。這里先給出基于Cortex-M3硬件（lpc177x_8x系列微控制器）的一個(gè)配置例子，在FreeRTOSConfig.h中：

后續(xù)文章FreeRTOS內(nèi)核配置說(shuō)明會(huì)詳細(xì)介紹這些宏的含義，對(duì)于Cortex-M內(nèi)核，后續(xù)文章FreeRTOS統(tǒng)Cortex-M內(nèi)核使用注意事項(xiàng)一文，會(huì)講述這些宏與硬件的聯(lián)系，那個(gè)時(shí)候你一定會(huì)清楚這些宏所定義的數(shù)字會(huì)對(duì)你的硬件產(chǎn)生什么影響的?，F(xiàn)在，我們只需要知道他們很重要就足夠了，沒(méi)人能一口吃成胖子。

3.10 設(shè)置其它宏

還需要在FreeRTOSConfig.h設(shè)置一些必要的宏，這些宏如下所示：

#define configUSE_PREEMPTION 1            //配置為1使用搶占式內(nèi)核,配置為0使用時(shí)間片
#define configUSE_IDLE_HOOK  0            //設(shè)置為1使用空閑鉤子；設(shè)置為0不使用空閑鉤子
#define configMAX_PRIORITIES      ( 5 )   //應(yīng)用程序任務(wù)中可用優(yōu)先級(jí)數(shù)目
#define configUSE_TICK_HOOK       0       //就設(shè)置為1使用時(shí)間片鉤子，設(shè)置為0不使用
#define configMINIMAL_STACK_SIZE      ( ( unsigned short ) 80 )     //最小空閑堆棧
#define configTOTAL_HEAP_SIZE         ( ( size_t ) ( 5 * 1024 ) )   //內(nèi)核總共可用RAM

3.11 創(chuàng)建任務(wù)

調(diào)用FreeRTOS提供的API函數(shù)來(lái)創(chuàng)建任務(wù)，代碼如下所示：

xTaskCreate(vTask,"Task1",50,NULL,1,NULL);

關(guān)于詳細(xì)的創(chuàng)建任務(wù)API函數(shù)，會(huì)在后續(xù)文章FreeRTOS任務(wù)創(chuàng)建和刪除一文中介紹。

3.12 開(kāi)啟調(diào)度器

調(diào)用FreeRTOS提供的API函數(shù)來(lái)啟動(dòng)調(diào)度器，代碼如下所示：

vTaskStartScheduler();

關(guān)于詳細(xì)的開(kāi)啟調(diào)度器API函數(shù)，會(huì)在后續(xù)文章第十三篇FreeRTOS內(nèi)核控制一文中介紹。

此時(shí)的main函數(shù)代碼如下所示：

     int main(void)
     {
         init_rtos_debug();                             //初始化調(diào)試串口
          xTaskCreate(vTask,"Task1",50,NULL,1,NULL);
          vTaskStartScheduler();
          while(1);   
       }

4. 小結(jié)

到這里，一個(gè)最基本的FreeRTOS應(yīng)用程序就已經(jīng)運(yùn)行起來(lái)，將硬件板子接到PC的RS232串口，可以觀察到每隔一秒鐘，板子都會(huì)向PC發(fā)送一個(gè)指定的字符。

回頭看一下移植過(guò)程，F(xiàn)reeRTOS移植到Cortex-M3硬件是多么的簡(jiǎn)單，這一方面歸功于FreeRTOS的設(shè)計(jì)師已經(jīng)為移植做了大量工作，同時(shí)，新一代的Cortex-M3硬件也為操作系統(tǒng)增加了一些列便利特性，比如SysTick定時(shí)器和全新的中斷及異常。

但是移植成功也只是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步，因?yàn)檫@只是最簡(jiǎn)單的應(yīng)用。我們還不清楚FreeRTOS背后的機(jī)理、調(diào)度算法的面貌、甚至連信號(hào)量也都沒(méi)有涉及。就本文的移植過(guò)程來(lái)看，我們也刻意忽略了很多細(xì)節(jié)，比如FreeRTOSConfig.h文件中的宏都有什么意義？改動(dòng)后對(duì)RTOS有何影響？比如FreeRTOS任務(wù)API的細(xì)節(jié)、調(diào)度API的細(xì)節(jié)，再比如FreeRTOS的內(nèi)存如何分配？如何進(jìn)行堆棧溢出檢查等等。

所以，先不要沾沾自喜，曲折的道路還遠(yuǎn)沒(méi)到來(lái)呢。

接下來(lái)的很多篇文章會(huì)圍繞這個(gè)最簡(jiǎn)單的移植例程做詳細(xì)的講解，要把本篇文章中刻意隱藏的細(xì)節(jié)一一拿出來(lái)。這要一直持續(xù)到我們介紹隊(duì)列、信號(hào)量、互斥量等通訊機(jī)制為止。

希望大家以后多多支持腳本之家！

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