【STM32】ucOS-III多任务程序

发布于:2024-06-12 ⋅ 阅读:(162) ⋅ 点赞:(0)

【STM32】uc/OS-III多任务程序

STM32F103C8T6移植uC/OS-III基于HAL库超完整详细过程与相关实验

实验任务

  1. 学习嵌入式实时操作系统(RTOS),以uc/OS-III为例,将其移植到stm32F103上;
  2. 构建至少3个任务(task):其中两个task分别以1s和3s周期对LED等进行点亮-熄灭的控制;另外一个task以2s周期通过串口发送“hello uc/OS”

实验过程

一、 uC/OS-III源码下载

uC/OSIII

二、 建立STM32CubeMX工程

打开stm32 cubeMX,选择芯片stm32f103c8,配置系统时钟为72M,作为移植测试,将与LED相连的两个端口PB0,PB1配置为GPIO_Output,可根据LED现象作为我们是否移植成功的依据。

在这里插入图片描述

点击GENERATE CODE,生成工程如下:

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三、 复制uC/OS-III文件到工程文件夹
  • 在生成的工程文件目录下新建一个UCOSIII文件夹,将我们下载的源代码中三个文件夹: uC-CPU、 uC-LIB、 uCOS-III 复制到我们新建的文件夹中:

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  • 在**/Core/Src文件夹下新建一个OS**文件夹:

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  • 将刚才下载源码打开,将路径:\EvalBoards\Micrium\uC-Eval-STM32F107\uCOS-III 下的文件:
    app.c 、 app_cfg.h 、 cpu_cfg.h 、 includes.h 、 lib_cfg.h 、 os_app_hooks.c 、os_app_hook.h、os_cfg.h、os_cfg_app.h复制到上一步建立的OS文件夹中,同时新建三个空白文件: bsp.c、bsp.h、app.h

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四、 添加工程组件和头文件路径
  1. 添加工程分组
    打开工程, 按照如图所示添加六个新的组: bsp、uCOSIII_CPU、 uCOSIII_LIB、 uCOSIII_Ports、 uCOSIII_Source、 OS_cfg:

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  2. 添加文件到分组

    • 文件目录是 Src/OS,将其中 bsp.cbsp.h文件添加至 bsp 组中:

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    • 选择 uCOSIII_CPU 组件, 点击 Add Files…按钮,将文件目录跳转至:UCOSIII/uC-CPU, 选择 ALL files 文件类型,将其中的三个文件点击 Add 添加, 然后再打开: ARM-Cortex-M3\RealView, 同样选择 ALL files 文件类型,将三个文件添加进 uCOSIII_CPU 组:

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    • 添加 uCOSIII_LIB 组件文件:选择 uCOSIII_LIB 组,点击 Add Files…按钮, 将文件目录跳转至: UCOSIII/uCLIB,选择 ALL files 文件类型,将其中的九个文件添加进 uCOSIII_LIB 组;然后继续打开: Ports/ARM-Cortex-M3/Realview, 添加 lib_mem_a.asm 文件:

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    • 选择 uCOSIII_Ports 组,点击 Add Files…按钮, 将文件目录调整至: UCOSIII/UcosIII/Ports/RAM-Cortex-M3/Generic/RealView。选择 ALL files 文件类型, 将其中三个文件添加进 uCOSIII_Ports 组:

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    • 选择 uCOSIII_Source 组,点击Add Files…按钮, 将文件目录调整至: UCOSIII/UcosIII/Source。选择 ALL files 文件类型, 将其中二十个文件添加进 uCOSIII_Source 组:

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    • 选择 OS_cfg 组,点击 Add Files…按钮, 将文件目录调整至: Src/OS。选择 ALLfiles 文件类型, 将图中的八个文件添加进 uCOSIII_Sourc 组:

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    至此,全部组件文件添加完成。

  3. 添加头文件路径

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五、修改文件内容
  1. 启动文件

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  2. app_cfg.h

    • #define APP_CFG_SERIAL_EN DEF_ENABLED 修改为 #define APP_CFG_SERIAL_EN DEF_DISABLED
    • #define APP_TRACE BSP_Ser_Printf 修改为 #define APP_TRACE (void)
  3. includes.h

    • 找到 #include <bsp.h>,修改为:

      #include <bsp.h>
      #include "gpio.h"
      #include "app_cfg.h"
      #include "app.h"
      
    • 找到 #include <stm32f10x_lib.h>,修改为:#include "stm32f1xx_hal.h"

  4. bsp.h 和 bsp.c

    • bsp.h:

      #ifndef  __BSP_H__
      #define  __BSP_H__
      
      #include "stm32f1xx_hal.h"
      
      void BSP_Init(void);
      
      #endif
      
    • bsp.c:

      // bsp.c
      #include "includes.h"
      
      #define  DWT_CR      *(CPU_REG32 *)0xE0001000
      #define  DWT_CYCCNT  *(CPU_REG32 *)0xE0001004
      #define  DEM_CR      *(CPU_REG32 *)0xE000EDFC
      #define  DBGMCU_CR   *(CPU_REG32 *)0xE0042004
      
      #define  DEM_CR_TRCENA                   (1 << 24)
      #define  DWT_CR_CYCCNTENA                (1 <<  0)
      
      CPU_INT32U  BSP_CPU_ClkFreq (void)
      {
          return HAL_RCC_GetHCLKFreq();
      }
      
      void BSP_Tick_Init(void)
      {
      	CPU_INT32U cpu_clk_freq;
      	CPU_INT32U cnts;
      	cpu_clk_freq = BSP_CPU_ClkFreq();
      	
      	#if(OS_VERSION>=3000u)
      		cnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OSCfg_TickRate_Hz;
      	#else
      		cnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OS_TICKS_PER_SEC;
      	#endif
      	OS_CPU_SysTickInit(cnts);
      }
      
      
      
      void BSP_Init(void)
      {
      	BSP_Tick_Init();
      	MX_GPIO_Init();
      }
      
      
      #if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
      void  CPU_TS_TmrInit (void)
      {
          CPU_INT32U  cpu_clk_freq_hz;
      
      
          DEM_CR         |= (CPU_INT32U)DEM_CR_TRCENA;                /* Enable Cortex-M3's DWT CYCCNT reg.                   */
          DWT_CYCCNT      = (CPU_INT32U)0u;
          DWT_CR         |= (CPU_INT32U)DWT_CR_CYCCNTENA;
      
          cpu_clk_freq_hz = BSP_CPU_ClkFreq();
          CPU_TS_TmrFreqSet(cpu_clk_freq_hz);
      }
      #endif
      
      
      #if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
      CPU_TS_TMR  CPU_TS_TmrRd (void)
      {
          return ((CPU_TS_TMR)DWT_CYCCNT);
      }
      #endif
      
      
      #if (CPU_CFG_TS_32_EN == DEF_ENABLED)
      CPU_INT64U  CPU_TS32_to_uSec (CPU_TS32  ts_cnts)
      {
      	CPU_INT64U  ts_us;
        CPU_INT64U  fclk_freq;
      
       
        fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq();
        ts_us     = ts_cnts / (fclk_freq / DEF_TIME_NBR_uS_PER_SEC);
      
        return (ts_us);
      }
      #endif
       
       
      #if (CPU_CFG_TS_64_EN == DEF_ENABLED)
      CPU_INT64U  CPU_TS64_to_uSec (CPU_TS64  ts_cnts)
      {
      	CPU_INT64U  ts_us;
      	CPU_INT64U  fclk_freq;
      
      
        fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq();
        ts_us     = ts_cnts / (fclk_freq / DEF_TIME_NBR_uS_PER_SEC);
      	
        return (ts_us);
      }
      #endif
      
  5. lib_cfg.h

    这个头文件中有一个宏定义:

    #define  LIB_MEM_CFG_HEAP_SIZE          27u * 1024u
    

    表示把堆的空间设置为27KB,但是stm32f103c8t6的RAM总共才20K,所以这里需要将堆空间改小一点,我改成了10K。

    #define  LIB_MEM_CFG_HEAP_SIZE          10u * 1024u  
    
  6. main.c

    /* USER CODE END Header */
    /* Includes ------------------------------------------------------------------*/
    #include "main.h"
    #include "gpio.h"
    #include "usart.h"
    /* Private includes ----------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN Includes */
    #include <includes.h>
    #include "stm32f1xx_hal.h"
    /* USER CODE END Includes */
    
    /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN PTD */
    
    /* USER CODE END PTD */
    
    /* Private define ------------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN PD */
    /* 任务优先级 */
    #define START_TASK_PRIO		3
    #define LED0_TASK_PRIO		4
    #define MSG_TASK_PRIO		5
    #define LED1_TASK_PRIO		6
    
    /* 任务堆栈大小	*/
    #define START_STK_SIZE 		96
    #define LED0_STK_SIZE 		64
    #define MSG_STK_SIZE 		64
    #define LED1_STK_SIZE 		64
    
    /* 任务栈 */	
    CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];
    CPU_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];
    CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE];
    CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];
    
    /* 任务控制块 */
    OS_TCB StartTaskTCB;
    OS_TCB Led0TaskTCB;
    OS_TCB MsgTaskTCB;
    OS_TCB Led1TaskTCB;
    
    /* USER CODE END PD */
    
    /* Private macro -------------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN PM */
    
    /* USER CODE END PM */
    
    /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
    
    /* USER CODE BEGIN PV */
    
    /* 任务函数定义 */
    void start_task(void *p_arg);
    static  void  AppTaskCreate(void);
    static  void  AppObjCreate(void);
    static  void  led_pc13(void *p_arg);
    static  void  send_msg(void *p_arg);
    static  void  led_pa3(void *p_arg);
    /* USER CODE END PV */
    
    /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
    void SystemClock_Config(void);
    /* USER CODE BEGIN PFP */
    
    /* USER CODE END PFP */
    
    /* Private user code ---------------------------------------------------------*/
    /* USER CODE BEGIN 0 */
    /**
      * @brief System Clock Configuration
      * @retval None
      */
    void SystemClock_Config(void)
    {
      RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
      RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
    
      /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
      */
      RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
      RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
      RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
      RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
      RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
      RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
      RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
      if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
      /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
      */
      RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                  |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
      RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
      RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
      RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
      RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    
      if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
    }
    
    /* USER CODE END 0 */
    
    /**
      * @brief  The application entry point.
      * @retval int
      */
    int main(void)
    {
    	OS_ERR  err;
    	OSInit(&err);
      HAL_Init();
    	SystemClock_Config();
    	//MX_GPIO_Init(); 这个在BSP的初始化里也会初始化
      MX_USART1_UART_Init();	
    	/* 创建任务 */
    	OSTaskCreate((OS_TCB     *)&StartTaskTCB,                /* Create the start task                                */
    				 (CPU_CHAR   *)"start task",
    				 (OS_TASK_PTR ) start_task,
    				 (void       *) 0,
    				 (OS_PRIO     ) START_TASK_PRIO,
    				 (CPU_STK    *)&START_TASK_STK[0],
    				 (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE/10,
    				 (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE,
    				 (OS_MSG_QTY  ) 0,
    				 (OS_TICK     ) 0,
    				 (void       *) 0,
    				 (OS_OPT      )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
    				 (OS_ERR     *)&err);
    	/* 启动多任务系统,控制权交给uC/OS-III */
    	OSStart(&err);            /* Start multitasking (i.e. give control to uC/OS-III). */
                   
    }
    
    
    void start_task(void *p_arg)
    {
    	OS_ERR err;
    	CPU_SR_ALLOC();
    	p_arg = p_arg;
    	
    	/* YangJie add 2021.05.20*/
      BSP_Init();                                                   /* Initialize BSP functions */
      //CPU_Init();
      //Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module */
    
    #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
       OSStatTaskCPUUsageInit(&err);  		//统计任务                
    #endif
    	
    #ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN			//如果使能了测量中断关闭时间
        CPU_IntDisMeasMaxCurReset();	
    #endif
    
    #if	OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN  		//当使用时间片轮转的时候
    	 //使能时间片轮转调度功能,时间片长度为1个系统时钟节拍,既1*5=5ms
    	OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);  
    #endif		
    	
    	OS_CRITICAL_ENTER();	//进入临界区
    	/* 创建LED0任务 */
    	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led0TaskTCB,		
    				 (CPU_CHAR	* )"led_pc13", 		
                     (OS_TASK_PTR )led_pc13, 			
                     (void		* )0,					
                     (OS_PRIO	  )LED0_TASK_PRIO,     
                     (CPU_STK   * )&LED0_TASK_STK[0],	
                     (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE/10,	
                     (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE,		
                     (OS_MSG_QTY  )0,					
                     (OS_TICK	  )0,					
                     (void   	* )0,					
                     (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                     (OS_ERR 	* )&err);		
    
    /* 创建LED1任务 */
    	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led1TaskTCB,		
    				 (CPU_CHAR	* )"led_pa3", 		
                     (OS_TASK_PTR )led_pa3, 			
                     (void		* )0,					
                     (OS_PRIO	  )LED1_TASK_PRIO,     
                     (CPU_STK   * )&LED1_TASK_STK[0],	
                     (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE/10,	
                     (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE,		
                     (OS_MSG_QTY  )0,					
                     (OS_TICK	  )0,					
                     (void   	* )0,					
                     (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                     (OS_ERR 	* )&err);										 
    				 
    	/* 创建MSG任务 */
    	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&MsgTaskTCB,		
    				 (CPU_CHAR	* )"send_msg", 		
                     (OS_TASK_PTR )send_msg, 			
                     (void		* )0,					
                     (OS_PRIO	  )MSG_TASK_PRIO,     	
                     (CPU_STK   * )&MSG_TASK_STK[0],	
                     (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE/10,	
                     (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE,		
                     (OS_MSG_QTY  )0,					
                     (OS_TICK	  )0,					
                     (void   	* )0,				
                     (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, 
                     (OS_ERR 	* )&err);
    				 
    	OS_TaskSuspend((OS_TCB*)&StartTaskTCB,&err);		//挂起开始任务			 
    	OS_CRITICAL_EXIT();	//进入临界区
    }
    /**
      * 函数功能: 启动任务函数体。
      * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参
      * 返 回 值: 无
      * 说    明:无
      */
    static  void  led_pc13 (void *p_arg)
    {
      OS_ERR      err;
    
      (void)p_arg;
    
      BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
      CPU_Init();
    
      Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */
    
    #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
      OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
    #endif
    
      CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
    
      AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */
    
      AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */
    
      while (DEF_TRUE)
      {
    		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);
    		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);
    		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
        /* USER CODE END WHILE */
    
        /* USER CODE BEGIN 3 */
      }
      /* USER CODE END 3 */
    }
    
    static  void  led_pa3 (void *p_arg)
    {
      OS_ERR      err;
    
      (void)p_arg;
    
      BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
      CPU_Init();
    
      Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */
    
    #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
      OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
    #endif
    
      CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
    
      AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */
    
      AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */
    
      while (DEF_TRUE)
      {
    		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET);
    		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET);
    		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
        /* USER CODE END WHILE */
    
        /* USER CODE BEGIN 3 */
      }
      /* USER CODE END 3 */
    }
    
    static  void  send_msg (void *p_arg)
    {
      OS_ERR      err;
    
      (void)p_arg;
    
      BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
      CPU_Init();
    
      Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */
    
    #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
      OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
    #endif
    
      CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
    
      AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */
    
      AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */
    
      while (DEF_TRUE)
      {
    			printf("hello uc/OS \r\n");
    		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
        /* USER CODE END WHILE */
    
        /* USER CODE BEGIN 3 */
      }
      /* USER CODE END 3 */
    }
    
    
    /* USER CODE BEGIN 4 */
    /**
      * 函数功能: 创建应用任务
      * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参
      * 返 回 值: 无
      * 说    明:无
      */
    static  void  AppTaskCreate (void)
    {
      
    }
    
    
    /**
      * 函数功能: uCOSIII内核对象创建
      * 输入参数: 无
      * 返 回 值: 无
      * 说    明:无
      */
    static  void  AppObjCreate (void)
    {
    
    }
    
    /* USER CODE END 4 */
    
    /**
      * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
      * @retval None
      */
    void Error_Handler(void)
    {
      /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
      /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
    
      /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
    }
    
    #ifdef  USE_FULL_ASSERT
    /**
      * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
      *         where the assert_param error has occurred.
      * @param  file: pointer to the source file name
      * @param  line: assert_param error line source number
      * @retval None
      */
    void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
    { 
      /* USER CODE BEGIN 6 */
      /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
         tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
      /* USER CODE END 6 */
    }
    #endif /* USE_FULL_ASSERT */
    
    /************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
    

    img

六、实验效果

在这里插入图片描述
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总结

在本次实验中,我深入了解了嵌入式实时操作系统(RTOS)的移植及配置过程。通过实际操作,我成功实现了在同一环境下多个任务的并行执行,这不仅加深了我对RTOS机制的理解,还让我掌握了多任务管理的技能。虽然过程中遇到了不少步骤和细节,需要一丝不苟地操作,但只要认真跟随教程指导,便能顺利完成。学习这个系统对将来的嵌入式多任务开发大有裨益,可以显著提升开发的效能和便捷性。