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FreeRTOS移植：STM32L476 nucleo-L476RG 开发板《02》

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系列文章

说明

  • 上一篇 FreeRTOS移植：STM32L476 nucleo-L476RG 开发板《01》 主要讲了一下如何快速搭建一个 STM32 裸机工程，其实 STM32CubeMX 可以生成 FreeRTOS 的工程，这就没有了 FreeRTOS 的移植文章

  • 本篇继续讲一下 【手动】移植 FreeRTOS 的步骤，移植完成后，继续研究 FreeRTOS 的使用

环境

  • Win10 64位：当前 Windows 主流操作系统

  • Keil MDK 5.36，IDE，方便开发与调试

  • STM32CubeMX 6.11.1 本篇不再使用

获取与下载 FreeRTOS

（1）直接在 FreeRTOS 官方下载 发布的版本，压缩包，解压后使用

  • FreeRTOS 官方的网址 https://www.freertos.org/

  • 点击下载 FreeRTOS，发布版本可能没有那么新，比如当前最新版本 FreeRTOS 202212.01，但是下载的压缩包比较小，容易下载

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（2）在 github 使用 Git 工具下载源码

  • FreeRTOS 主仓库 https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS.git

  • FreeRTOS 内核仓库 https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS-Kernel.git

  • 由于 FreeRTOS 内核仓库仅仅为内核代码文件，没有 Demo，因此建议直接下载 FreeRTOS 主仓库，使用 Git 命令如下

git clone https://github.com/FreeRTOS/FreeRTOS.git --recurse-submodules

  • 同时把 FreeRTOS 各个 Git 子仓库一起克隆到本地

（3）在 github 直接下载 Release 版本

  • 可以直接在 github 点击下载 Release 发布版本，无须使用 Git 工具

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  • 【备注】Github 仓库的 Release 版本地址可能会不时更新，因此建议自己打开进入网址后，下载自己想要的版本，如最新的软件版本

FreeRTOS 工程目录管理

  • 直接下载下来的 FreeRTOS，需要整理一下，这样方便工程的管理，有些不需要的 Demo，无须加入工程

  • 当前平台：STM32L476，可以参考 FreeRTOS 中的一些 Demo，找到相似 CPU，这样 CPU 部分就不需要额外移植了

  • 当前 FreeRTOS 没有 STM32L476 Keil MDK5 的 Demo，因此手动搭建 FreeRTOS 工程即可，使用上次生成的 STM32L476 裸机工程

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  • 进入 STM32L476 裸机工程（STM32CubeMX 生成）

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Keil MDK5 添加分组

  • 打开 Keil MDK5，开始工程文件的管理（分类、添加）

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  • 可以在 Keil MDK5 中创建 FreeRTOS/Kernel 与 FreeRTOS/cpu 的分组（Group）

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  • cpu port 部分可以暂时选择 FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM4F

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初步编译

  • 报编译错误，找不到 "FreeRTOS.h"
compiling croutine.c...
..\FreeRTOS\Source\croutine.c(29): error:  #5: cannot open source input file "FreeRTOS.h": No such file or directory
  #include "FreeRTOS.h"
..\FreeRTOS\Source\croutine.c: 0 warnings, 1 error

... ...

Keil MDK5 设置 头文件路径

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再次编译：

  • 添加 FreeRTOS 头文件路径后，再次编译，提示找不到 "FreeRTOSConfig.h" 头文件，这个头文件属于工程配置文件，可以在 FreeRTOS Demo 中找到一个类似的，然后进行配置与修改

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compiling croutine.c...
..\FreeRTOS\Source\include\FreeRTOS.h(58): error:  #5: cannot open source input file "FreeRTOSConfig.h": No such file or directory
  #include "FreeRTOSConfig.h"
... ...
  • 可以使用 FreeRTOS 的 FreeRTOSConfig.h 模板文件，

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  • 或者从其他的 相似平台 Demo 中复制一份出来，比如 Cortex-M4 平台的

FreeRTOS\Demo\CORTEX_M4F_STM32F407ZG-SK\FreeRTOSConfig.h

  • 把 FreeRTOSConfig.h 放在工程根目录下即可，无须放在 FreeRTOS 目录，因为这个是工程本身的专有的配置文件

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继续编译

  • 此时编译报错比较少了，可以针对性的开始移植与适配了

  • 此时编译，报错 "SystemCoreClock" is undefined

..\FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM4F\port.c(813): error:  #20: identifier "SystemCoreClock" is undefined
          portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
..\FreeRTOS\Source\portable\RVDS\ARM_CM4F\port.c: 0 warnings, 1 error
"stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf" - 1 Error(s), 0 Warning(s).
  • 此时可以先不着急解决这个编译问题，我们只是把 FreeRTOS 相关的文件（可能目前还缺少内存管理部分）放进工程，并没有创建 FreeRTOS 的例程，也就是还没有使用 FreeRTOS，平台相关的编译，需要使用时一并修改

FreeRTOS 例程

  • 在 main 函数添加 FreeRTOS 的使用例程，比如创建一个 task
#include "main.h"

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

UART_HandleTypeDef huart2;
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);

#define TASK_TEST_PRIORITY      (tskIDLE_PRIORITY + 6)
#define TASK_TEST2_PRIORITY     (tskIDLE_PRIORITY + 8)

static void task_test_entry(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        vTaskDelay(1000);
    }
}

static void task_test2_entry(void *pvParameters)
{
    while (1)
    {
        vTaskDelay(2000);
    }
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART2_UART_Init();

    xTaskCreate(task_test_entry, "task_test", 512, NULL, TASK_TEST_PRIORITY, NULL);
    xTaskCreate(task_test2_entry, "task_test2", 512, NULL, TASK_TEST2_PRIORITY, NULL);
    vTaskStartScheduler();

    while (1)
    {
        HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(500);
        HAL_GPIO_WritePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(500);
    }
}
  • 这里整理了一下 main.c，创建两个 task，task中只有循环，可以通过调试确认 task 是否正常切换，比如在每个 task 中增加断点

继续编译，确认移植与适配问题

  • 解决 SystemCoreClock 找不到的编译报错，这里有个 编译器的判断，或者改为 Keil MDK5 编译器的，armcc 或者 armclang 等，建议去掉即可，因为这个配置文件来自其他的编译器

  • 【备注】 FreeRTOSConfig.h 文件为工程配置文件，可以根据当前的平台随时修改（适配）

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  • 中断重定义问题，由于 FreeRTOS 接管了 STM32 的部分中断，用于 RTOS 的任务调度。
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6200E: Symbol SVC_Handler multiply defined (by port.o and stm32l4xx_it.o).
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6200E: Symbol PendSV_Handler multiply defined (by port.o and stm32l4xx_it.o).
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6200E: Symbol SysTick_Handler multiply defined (by port.o and stm32l4xx_it.o).
  • 因此把 stm32l4xx_it.c 中的自动生成的中断函数【注释掉】

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FreeRTOS 继续适配

  • 继续编译，发现 FreeRTOS 需要实现几个 适配的函数
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6218E: Undefined symbol pvPortMalloc (referred from event_groups.o).
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vPortFree (referred from event_groups.o).
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationIdleHook (referred from tasks.o).
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationStackOverflowHook (referred from tasks.o).
stm32l475_freertos\stm32l475_freertos.axf: Error: L6218E: Undefined symbol vApplicationTickHook (referred from tasks.o).

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  • 这个适配问题在下一篇继续讲解

小结

  • FreeRTOS 在 STM32L476 平台（Cortex-M4）上适配其实很容易，当然也需要一些细节的处理

  • 本篇主要搭建 FreeRTOS 的工程，几个编译问题的【修改】

  • 下一篇继续讲解 FreeRTOS 的适配，让FreeRTOS 在 STM32L476 平台上运行起来

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