【ARM驱动】【FreeROTS移植到ARM驱动平台介绍】
1. 问题背景
HME的H7/P2等系列是SOC产品，系列芯片的架构是相同的，ARM是都Correx-M3，FPGA在资源、接口上有所差异。FPGA工程师按照正常的开发即可，ARM工程师拿到HME的驱动文件就可以进行裸片开发。但是，有些客户需要移植FreeRTOS，因此对FreeRTOS移植到HEM ARM驱动做以介绍。
2. 概念介绍
裸机：裸机又称为前后台系统，前台系统指中断服务函数，后台系统指大循环，即应用程序。
裸机缺点：
a. 实时性差，应用程序轮流执行；
b. 空等待，CPU不执行其他代码；
c. 结构臃肿，实现功能都放在无限循环。
RTOS特点：RTOS全称为：Real Time OS，就是实时操作系统，强调的是：实时性。
a. 分而治之，实现功能划分为多个任务；
b. 延时函数，任务调动；
c. 抢占式，高优先级任务抢占低优先级任务；
d. 任务堆栈，每个任务都有自己的栈空间；
注意1：中断可以打断任意任务
注意2：任务可以同等优先级
关于FreeRTOS的细节，可以通过官网或者B站上各位大神的讲解学习。
3. 移植步骤
针对HME的驱动平台移植，可以做步骤：.
（1）获取FreeRTOS源码；
（2） FreeRTOS移植以及系统配置
（1）获取FreeRTOS源码
FreeRTOS官网：https://www.freertos.org/
如下图所示：
点击1或者3“红框”可以下载最新默认的版本，如图所示当前时间最新版本是FreeRTOS 202406. 04 LTS；
点击2 “红框”有关于版本下载信息的说明；
要想获取之前的版本需要通过GitHub获取。
下图是官网下载的V202406.01版本
代码移植过程中，主要关心“红框”的源码。
以下红框是移植过程中必须的文件以及文件夹。
portable文件夹
FreeRTOS操作系统归根结底是软件层面实现的，那FreeRTOS是如何跟硬件联系在一起的呢？
portable文件夹里面的内容就是连接桥梁。
在Coretex-M3上开发，需要关注Keil、MemMang、RVDS。
（2） FreeRTOS移植
移植步骤：
1. 添加FreeRTOS源码
将FreeRTOS源码添加至基础工程、头文件路径等；
源码添加：
因为该系列芯片采用Coretex-M3，堆栈使用heap_4.c，以及RVDS\ARM_CM3下的port.c文件。
头文件路径添加：
2. FreeRTOSConfig.h
添加FreeRTOSConfig.h配置文件，并修改。
适配configCPU_CLOCK_HZ为HME的系统宏；
适配configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION为1，动态方式创建任务；
这移植配置未使能静态方式创建任务编译宏。
示例代码如下：
#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H
#include <hme_conf.h>
#include <stdio.h>//断言
#define vAssertCalled(char,int) printf("Error:%s,%d\r\n",char,int)
#define configASSERT(x) if((x)==0) vAssertCalled(__FILE__,__LINE__)/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS基础配置配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_PREEMPTION 1 //1使用抢占式内核，0使用协程
#define configUSE_TIME_SLICING 1 //1使能时间片调度(默认式使能的)
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1 //1启用特殊方法来选择下一个要运行的任务//一般是硬件计算前导零指令，如果所使用的//MCU没有这些硬件指令的话此宏应该设置为0！
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 0 //1启用低功耗tickless模式
#define configUSE_QUEUE_SETS 1 //为1时启用队列
//#define configCPU_CLOCK_HZ (SystemCoreClock) //CPU频率
#define configCPU_CLOCK_HZ (HME_SYS_CLK) //CPU频率
#define configTICK_RATE_HZ (1000) //时钟节拍频率，这里设置为1000，周期就是1ms
#define configMAX_PRIORITIES (32) //可使用的最大优先级
#define configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned short)130) //空闲任务使用的堆栈大小
#define configMAX_TASK_NAME_LEN (16) //任务名字字符串长度#define configUSE_16_BIT_TICKS 0 //系统节拍计数器变量数据类型，//1表示为16位无符号整形，0表示为32位无符号整形
#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1 //为1时空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1 //为1时开启任务通知功能，默认开启
#define configUSE_MUTEXES 1 //为1时使用互斥信号量
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 8 //不为0时表示启用队列记录，具体的值是可以//记录的队列和信号量最大数目。
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0 //大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能//用户必须提供一个栈溢出钩子函数，如果使用的话//此值可以为1或者2，因为有两种栈溢出检测方法。
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1 //为1时使用递归互斥信号量
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0 //1使用内存申请失败钩子函数
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1 //为1时使用计数信号量/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与内存申请有关配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1 //支持动态内存申请
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(20*1024)) //系统所有总的堆大小/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与钩子函数有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_IDLE_HOOK 0 //1，使用空闲钩子；0，不使用
#define configUSE_TICK_HOOK 0 //1，使用时间片钩子；0，不使用/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与运行时间和任务状态收集有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 0 //为1时启用运行时间统计功能
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1 //为1启用可视化跟踪调试
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1 //与宏configUSE_TRACE_FACILITY同时为1时会编译下面3个函数//prvWriteNameToBuffer(),vTaskList(),//vTaskGetRunTimeStats()/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与协程有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_CO_ROUTINES 0 //为1时启用协程，启用协程以后必须添加文件croutine.c
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES ( 2 ) //协程的有效优先级数目/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与软件定时器有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define configUSE_TIMERS 1 //为1时启用软件定时器
#define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES-1) //软件定时器优先级
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5 //软件定时器队列长度
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE*2) //软件定时器任务堆栈大小/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS可选函数配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 1
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1
#define INCLUDE_vTaskDelete 1
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources 1
#define INCLUDE_vTaskSuspend 1
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil 1
#define INCLUDE_vTaskDelay 1
#define INCLUDE_eTaskGetState 1
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 1/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与中断有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS#define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS
#else#define configPRIO_BITS 4
#endif#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15 //中断最低优先级
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5 //系统可管理的最高中断优先级
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )/***************************************************************************************************************/
/* FreeRTOS与中断服务函数有关的配置选项 */
/***************************************************************************************************************/
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
#define vPortSVCHandler SVC_Handler#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */3. 修改中断相关文件
hem_it.c，修改代码如下。
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"void SysTick_Handler(void)
{if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系统已经运行{xPortSysTickHandler();}
}4. 添加应用程序
freertos_demo.c内容：
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"#include "freertos_demo.h"/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*//* START_TASK 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define START_TASK_PRIO 1 /* 任务优先级 */
#define START_STK_SIZE 128 /* 任务堆栈大小 */
TaskHandle_t StartTask_Handler; /* 任务句柄 */
void start_task(void *pvParameters); /* 任务函数 *//* TASK0 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK0_PRIO 2 /* 任务优先级 */
#define TASK0_STK_SIZE 128 /* 任务堆栈大小 */
TaskHandle_t Task0Task_Handler; /* 任务句柄 */
void task0(void *pvParameters); /* 任务函数 *//* TASK1 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK1_PRIO 3 /* 任务优先级 */
#define TASK1_STK_SIZE 128 /* 任务堆栈大小 */
TaskHandle_t Task1Task_Handler; /* 任务句柄 */
void task1(void *pvParameters); /* 任务函数 *//* TASK2 任务 配置* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务*/
#define TASK2_PRIO 4 /* 任务优先级 */
#define TASK2_STK_SIZE 128 /* 任务堆栈大小 */
TaskHandle_t Task2Task_Handler; /* 任务句柄 */
void task2(void *pvParameters); /* 任务函数 *//******************************************************************************************************//*** @brief FreeRTOS例程入口函数* @param 无* @retval 无*/
void freertos_demo(void)
{ xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task, /* 任务函数 */(const char* )"start_task", /* 任务名称 */(uint16_t )START_STK_SIZE, /* 任务堆栈大小 */(void* )NULL, /* 传入给任务函数的参数 */(UBaseType_t )START_TASK_PRIO, /* 任务优先级 */(TaskHandle_t* )&StartTask_Handler); /* 任务句柄 */vTaskStartScheduler();
}/*** @brief start_task* @param pvParameters : 传入参数(未用到)* @retval 无*/
void start_task(void *pvParameters)
{taskENTER_CRITICAL(); /* 进入临界区 *//* 创建任务0 */xTaskCreate((TaskFunction_t )task0,(const char* )"task0",(uint16_t )TASK0_STK_SIZE,(void* )NULL,(UBaseType_t )TASK0_PRIO,(TaskHandle_t* )&Task0Task_Handler);/* 创建任务1 */xTaskCreate((TaskFunction_t )task1,(const char* )"task1",(uint16_t )TASK1_STK_SIZE,(void* )NULL,(UBaseType_t )TASK1_PRIO,(TaskHandle_t* )&Task1Task_Handler);/* 创建任务2 */xTaskCreate((TaskFunction_t )task2,(const char* )"task2",(uint16_t )TASK2_STK_SIZE,(void* )NULL,(UBaseType_t )TASK2_PRIO,(TaskHandle_t* )&Task2Task_Handler);vTaskDelete(StartTask_Handler); /* 删除开始任务 */taskEXIT_CRITICAL(); /* 退出临界区 */
}/*** @brief task0* @param pvParameters : 传入参数(未用到)* @retval 无*/
void task0(void *pvParameters)
{ while(1){printf("Welcome to use HME H7 series FPGA chips! task0\r\n");HME_GPIO_Toggle(DEMO_GPIO, GPIO_PIN0);vTaskDelay(1000); /* 延时1000ticks */}
}/*** @brief task1* @param pvParameters : 传入参数(未用到)* @retval 无*/
void task1(void *pvParameters)
{while(1){printf("Welcome to use HME H7 series FPGA chips! task1\r\n");HME_GPIO_Toggle(DEMO_GPIO, GPIO_PIN1);vTaskDelay(800); /* 延时800ticks */}
}/*** @brief task2* @param pvParameters : 传入参数(未用到)* @retval 无*/
void task2(void *pvParameters)
{while(1){printf("Welcome to use HME H7 series FPGA chips! task2\r\n");vTaskDelay(600); /* 延时600ticks */}
}
测试说明：通过task0、task1、task2三个任务分别实现打印的功能，同时task0、task1中有灯翻转，且task0频率小于task1的频率。
main.c内容：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "hme_includes.h"
#include "hme_retarget.h"
#include "freertos_demo.h"
#include "flash_operation.h"uint32_t HAL_Phase0(void)
{/*Initialize necessary debugging functions*/HME_UART_InitTypeDef init;HME_UART_StructInit(&init);HME_UART_Init(DEMO_UART, &init);/*Enable Interrupt Vector */NVIC_EnableIRQ(DEMO_UART_IRQn);/*Enable Reception Function*/HME_UART_ITConfig(DEMO_UART, UART_Int_Received_Data_Available, true);HME_GPIO_InitTypeDef GPIO_Init;HME_GPIO_DeInit(DEMO_GPIO);GPIO_Init.Mode = PIN_MODE_OUTPUT;GPIO_Init.Pins = GPIO_PIN0 | GPIO_PIN1;HME_GPIO_Init(DEMO_GPIO, &GPIO_Init);return RET_OK;
}int main(void)
{uint32_t ret = RET_OK;ret = HAL_Phase0();if (ret != RET_OK) {printf("Phase0 has failed!\r\n");return ret;}printf("Welcome to use HME H7 series FPGA chips!\r\n");;ret = SpiFlash_InitAddrSpace(DEMO_SPI, FLASH_ADDR_OFFSET);if (ret != RET_OK) {printf("SpiFlash_InitAddrSpace has failed!\r\n");return ret;}SpiFlash_WriteData(DEMO_SPI, FLASH_ADDR_OFFSET);freertos_demo();while (1) {};
}4. 问题记录
4.1 RAM空间不够
编译提示如下：
.\Objects\HME_MCU.axf: Error: L6406E: No space in execution regions with .ANY selector matching xxx.o(.bss).
由于移植FreeRTOS的代码，因此需要扩展RAM。
解决方法，如下图：
4.2 任务卡死现象
通过debug发现是vTaskDelay卡死，目前发现有两种原因导致。
1. 未适配hem_it.c中的SysTick_Handler，或者适配有问题；
解决方法：按照以上的介绍适配。
2. 任务的堆栈空间不足。
解决方法：扩展堆栈的空间
关于如何估算任务占用的堆栈空间，待......