基于MM32F5270 MCU初步学习移植FreeRTOS

1简介

在嵌入式领域中，嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统（RTOS）可以更合理、更有效地利用 CPU 的资源，简化应用软件的设计，缩短系统开发时间，更好地保证系统的实时性和可靠性。

FreeRTOS是一个RTOS类的嵌入式实时操作系统，具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点，可以方便地移植到各种单片机上运行。

MM32F5270是一款搭载了安谋科技 Arm® Cortex-M33/STAR-MC1内核的MCU产品，其工作频率可达 120MHz，具有256KB Flash和192KB RAM，内置单精度浮点运算单元（Floating Point Unit，FPU），并支持数字信号处理（Digital Signal Processing， DSP）扩展，提供实时处理和高级中断处理能力，实现性能和电源效率的平衡，适合用于各种类型的实时控制应用。

本系列微课堂基于MM32F5270 MCU初步学习使用FreeRTOS开发，不足之处欢迎指出。

参考资料：

FreeRTOS官网：www.freertos.org

灵动微电子官网：www.mm32mcu.com

2FreeRTOS移植

2.1 源码下载

点击官网标题下的Download可以去下载FreeRTOS源码，当前版本是V10.5.1（task.h文件中有注明版本）。

内容如下：

包括3个文件夹、4个HTML格式的网页和2个.txt文档，重点在于上面的FreeRTOS 和FreeRTOS-Plus两个文件夹，其中FreeRTOS文件夹的内容就是FreeRTOS内核源码，而Plus版本还包括内核以外的组件和第三方补充，对于FreeRTOS移植，我们只需要用到FreeRTOS内核源码就行了。

FreeRTOS文件夹内容：

Demo文件夹里面是 FreeRTOS的例程；

License文件夹里面是相关的许可信息；

Source文件夹是FreeRTOS源码；

Test文件夹是FreeRTOS的相关测试。

Source文件夹内容：

其中.c文件就是FreeRTOS的源码文件，include文件夹是源码包含的一些头文件，portable文件夹是FreeRTOS操作系统和具体硬件的连接层。

portable文件夹内容：

不同MCU内核及编译环境对应的portable文件有所差异，MemMang文件跟内存管理相关。

2.2 移植

移植 FreeRTOS首先需要一个基础工程，可以参考MM32F5270 LibSamples创建工程，或直接在任一例程基础上改动。

1) 向工程中添加FreeRTOS源码

在工程中新建一个名为FreeRTOS的文件夹：

将FreeRTOS相关文件复制到此文件夹下：

portable文件夹只留下GCC和MemMang两个文件夹，其他的都可以删除。

2) 向工程分组中添加文件

打开基础工程，新建分组 FreeRTOS_CORE 和 FreeRTOS_PORTABLE，然后向这两个分组中添加文件：

port.c文件位于portable\GCC\ARM_CM33_NTZ\non_secure文件夹。

heap_4.c文件位于portable\MemMang文件夹，提供RTOS内核所需的内存分配。

3) 添加头文件路径

添加FreeRTOS源码的头文件路径：

4) 加入FreeRTOSConfig.h文件

FreeRTOSConfig.h是FreeRTOS的配置文件，通过宏定义来完成对系统的配置和裁剪。可以自己创建（参考 http://www.freertos.org/a00110.html），也可以从FreeRTOS的官方移植工程中复制。这里复制FreeRTOS\Demo\CORTEX_MPU_M33F_Simulator_Keil_GCC\Config\FreeRTOSConfig.h。

5) 修改重复定义的函数

FreeRTOS在port.c中定义了SysTick_Handler()、SVC_Handler()和PendSV_Handler()这三个函数，需要将工程mm32f5270_it.c中定义的三个同名函数注释掉。

6) 编译和修改

编译后如果一些报错或警告，根据提示修改即可，一般和Contex-M33的特定配置选项有关，如configENABLE_MPU、configENABLE_FPU、configENABLE_TRUSTZONE 根据实际应用情况来适配。

另外还要在FreeRTOSConfig.h修改如下宏定义：

设置configCPU_CLOCK_HZ为120000000，和当前MCU配置的系统时钟频率一致。

设置configTICK_RATE_HZ为1000，即FreeRTOS时钟节拍周期是1ms。

3验证

开发板使用Mini-F5277-OB，编写简单的FreeRTOS应用代码，测试FreeRTOS的移植是否成功。设计四个任务：start_task()、led1_task ()、led2_task ()和 float_task()，功能如下：

start_task()：用来创建其他三个任务。

led1_task ()：控制 LED1 的闪烁，提示系统正在运行。

led2_task ()：控制 LED2 的闪烁。

float_task()：浮点测试任务，用于测试FPU是否工作正常。

代码如下：

void start_task(void *pvParameters)
{
    taskENTER_CRITICAL();

    xTaskCreate((TaskFunction_t)led1_task,
                (const char*) "led1_task", 
                (uint16_t)LED1_STK_SIZE,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)LED1_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*)&LED1Task_Handler);

    xTaskCreate((TaskFunction_t)led2_task,
                (const char*) "led2_task", 
                (uint16_t)LED2_STK_SIZE,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)LED2_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*)&LED2Task_Handler);

    xTaskCreate((TaskFunction_t)float_task,
                (const char*) "float_task", 
                (uint16_t)FLOAT_STK_SIZE,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)FLOAT_TASK_PRIO,
                (TaskHandle_t*)&FLOATTask_Handler);

    vTaskDelete(StartTask_Handler);
    taskEXIT_CRITICAL();
}


void led1_task(void *p_arg)
{
    while(1)
    {
        PLATFORM_LED_Toggle(LED1);
        vTaskDelay(100);
    }
}


void led2_task(void *p_arg)
{
    while(1)
    {
        PLATFORM_LED_Toggle(LED2);
        vTaskDelay(500);
    }
}


void float_task(void *p_arg)
{
    static float float_num=0.00;
    while(1)
    {
        float_num+=0.01f;
        printf("float_num = %.4f\r\n", float_num);
        vTaskDelay(1000);
    }
}

主函数：

int main(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);

    PLATFORM_Init();

    xTaskCreate( (TaskFunction_t)start_task,
                 (const char*) "start_task", 
                 (uint16_t)START_STK_SIZE,
                 (void *)NULL,
                 (UBaseType_t)START_TASK_PRIO,
                 (TaskHandle_t*)&StartTask_Handler);

    vTaskStartScheduler();
}

程序执行情况：

板载LED1、LED2分别间隔100ms、500ms闪烁。

串口调试助手打印float_num的值不断增加，每次增加0.01，工程和KEIL已经设置使用FPU，调试观察会用到浮点寄存器s0、s2和浮点指令VLDR、VADD.F32。

与程序设置相符，FreeRTOS移植成功。