如何將ThreadX移植到STM32平臺(tái)

現(xiàn)在一些小型系統(tǒng)中也往往有多任務(wù)處理的需求，這就為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了用武之地。事實(shí)上國(guó)內(nèi)外各種各樣的RTOS有很多，而且基本都在走開(kāi)源的路線，ThreadX也不例外，在這一篇中我們就來(lái)學(xué)習(xí)ThreadX初步應(yīng)用并將其移植到STM32平臺(tái)中。

1 、前期準(zhǔn)備

在開(kāi)始將ThreadX一直到STM32平臺(tái)之間我們需要做一些前期準(zhǔn)備。首先我們需要準(zhǔn)備一個(gè)硬件平臺(tái)，這次我們采用STM32F407IG控制單元來(lái)作為目標(biāo)平臺(tái)。其次我們需要準(zhǔn)備一個(gè)該硬件平臺(tái)下可以正常運(yùn)行的裸機(jī)項(xiàng)目。這兩點(diǎn)其實(shí)我們都已經(jīng)具備了。

最主要的我們需要獲得ThreadX的源碼，這是我們移植它的基礎(chǔ)。ThreadX的源碼已經(jīng)開(kāi)源到Github上，其地址為：https://github.com/azure-rtos/threadx，直接下載源碼就可以了。目前發(fā)布的最新版本是6.0.1，在我們的移植中我們使用6.0.0的版本來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 、系統(tǒng)移植

首先我們先來(lái)了解一下獲得的ThreadX源碼。解壓下載下來(lái)的壓縮包，其包含有以下文件及文件夾，我們先來(lái)具體看一看都有哪些文件，如下圖

上圖中一目了然，無(wú)需做太多解釋。我們需要用到的文件主要存放在common文件夾和ports文件夾。其中common文件夾存放的是內(nèi)核源碼，ports文件夾存放的是不同平臺(tái)的接口文件。我們的硬件采用的是STM32F407IG，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境用的是IAR EWARM，所以我們選擇ports文件夾下cortex_m4下的IAR文件夾中的接口文件。

接下來(lái)我們需要在項(xiàng)目中添加ThreadX的相關(guān)源碼文件。所以我們?cè)陧?xiàng)目下添加ThreadX組、并在ThreadX組下添加Source和Ports兩個(gè)組用于添加文件。并將common文件夾和ports文件夾中的文件添加到對(duì)應(yīng)的分組。如下所示：

然后要在項(xiàng)目屬性中為編譯器指定頭文件的引用路徑，主要是內(nèi)核函數(shù)的頭文件以及接口文件的頭文件兩個(gè)路徑，在我們這個(gè)項(xiàng)目中配置如下：

PROJ_DIR....\\ThreadX\\common\\inc

PROJ_DIR....\\ThreadX\\ports\\cortex_m4\\iar\\inc

事實(shí)上到這了，我們已經(jīng)完成了對(duì)ThreadX內(nèi)核文件以及接口文件的移植，但現(xiàn)在ThreadX不會(huì)運(yùn)行，我們還需要做一些工作。我們要將內(nèi)核與主函數(shù)聯(lián)系起來(lái)，首先我們要在調(diào)用內(nèi)核的地方添加頭文件“tx_api.h”，我們這里將其添加到主函數(shù)文件中。

然后有兩個(gè)函數(shù)我們需要處理，分別是：tx_kernel_enter和tx_application_define，這兩個(gè)函數(shù)在頭文件“tx_api.h”中被聲明。tx_kernel_enter實(shí)際是一個(gè)宏，真正的函數(shù)是_tx_initialize_kernel_enter，用于啟動(dòng)內(nèi)核，這個(gè)函數(shù)需要我們?cè)谥骱瘮?shù)中調(diào)用。而tx_application_define函數(shù)只有聲明沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，在_tx_initialize_kernel_enter函數(shù)中被調(diào)用，用于任務(wù)的創(chuàng)建。這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)是我們的主要工作，后續(xù)將詳細(xì)說(shuō)明。

3 、任務(wù)實(shí)現(xiàn)

我們已經(jīng)說(shuō)過(guò)了tx_application_define用于任務(wù)的創(chuàng)建，它的具體內(nèi)容需要我們來(lái)實(shí)現(xiàn)，接下來(lái)我們就來(lái)實(shí)現(xiàn)tx_application_define這個(gè)函數(shù)。

我們先來(lái)規(guī)劃一下我們將要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。我們計(jì)劃實(shí)現(xiàn)5個(gè)任務(wù)，包括啟動(dòng)任務(wù)、紅燈閃爍任務(wù)、綠燈閃爍任務(wù)、空閑任務(wù)及統(tǒng)計(jì)任務(wù)。其中為啟動(dòng)任務(wù)用于初始化一些配置并執(zhí)行一些如系統(tǒng)心跳、看門(mén)狗之類的工作；用于紅燈閃爍任務(wù)和綠燈閃爍任務(wù)用于實(shí)現(xiàn)我們要操作的指示燈控制；空閑任務(wù)在其他任務(wù)不運(yùn)行時(shí)其運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)最低。統(tǒng)計(jì)任務(wù)再次我們實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)空閑率的統(tǒng)計(jì)。接下來(lái)我們就按此思路來(lái)實(shí)現(xiàn)之。

/*tx_application_define函數(shù)實(shí)現(xiàn)*/
void tx_application_define(void *first_unused_memory)
{
 /**************創(chuàng)建啟動(dòng)任務(wù)*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskStartTCB,              /* 任務(wù)控制塊地址 */  
               "App Task Start",             /* 任務(wù)名 */
               AppTaskStart,                  /* 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)地址 */
               0,                             /* 傳遞給任務(wù)的參數(shù) */
               &AppTaskStartStk[0],           /* 堆?；刂?*/
               APP_CFG_TASK_START_STK_SIZE,  /* 堆?？臻g大小 */ 
               APP_CFG_TASK_START_PRIO,      /* 任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/
               APP_CFG_TASK_START_PRIO,      /* 任務(wù)搶占閥值 */
               TX_NO_TIME_SLICE,              /* 不開(kāi)啟時(shí)間片 */
               TX_AUTO_START);                /* 創(chuàng)建后立即啟動(dòng) */
 
 /**************創(chuàng)建紅燈閃爍任務(wù)*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskRedLedTCB,           /* 任務(wù)控制塊地址 */
               "App Msp Pro",                /* 任務(wù)名 */
               AppTaskRedLED,              /* 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)地址 */
               0,                           /* 傳遞給任務(wù)的參數(shù) */
               &AppTaskMsgProStk[0],       /* 堆?；刂?*/
               APP_CFG_TASK_RedLED_STK_SIZE,  /* 堆棧空間大小 */
               APP_CFG_TASK_REDLED_PRIO,      /* 任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/
               APP_CFG_TASK_REDLED_PRIO,     /* 任務(wù)搶占閥值 */
               TX_NO_TIME_SLICE,               /*不開(kāi)啟時(shí)間片 */
               TX_AUTO_START);                /* 創(chuàng)建后立即啟動(dòng) */
 
 /**************創(chuàng)建綠燈閃爍任務(wù)*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskGreenLEDTCB,        /* 任務(wù)控制塊地址 */
               "App Task UserIF",             /* 任務(wù)名 */
               AppTaskGreenLED,             /* 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)地址 */
               0,                         /* 傳遞給任務(wù)的參數(shù) */
               &AppTaskUserIFStk[0],        /* 堆?；刂?*/
               APP_CFG_TASK_GreenLED_STK_SIZE, /* 堆?？臻g大小 */
               APP_CFG_TASK_GREENLED_PRIO,     /* 任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/
               APP_CFG_TASK_GREENLED_PRIO,   /* 任務(wù)搶占閥值 */
               TX_NO_TIME_SLICE,               /*不開(kāi)啟時(shí)間片 */
               TX_AUTO_START);             /* 創(chuàng)建后立即啟動(dòng) */
 
 /**************創(chuàng)建統(tǒng)計(jì)任務(wù)*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskStatTCB,               /* 任務(wù)控制塊地址 */   
                  "App Task STAT",             /* 任務(wù)名 */
                  AppTaskStat,                  /* 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)地址 */
                  0,                           /* 傳遞給任務(wù)的參數(shù) */
                  &AppTaskStatStk[0],          /* 堆棧基地址 */
                  APP_CFG_TASK_STAT_STK_SIZE,  /* 堆?？臻g大小 */ 
                  APP_CFG_TASK_STAT_PRIO,      /* 任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/
                  APP_CFG_TASK_STAT_PRIO,     /* 任務(wù)搶占閥值 */
                  TX_NO_TIME_SLICE,            /* 不開(kāi)啟時(shí)間片 */
                  TX_AUTO_START);             /* 創(chuàng)建后立即啟動(dòng) */
 
 /**************創(chuàng)建空閑任務(wù)*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskIdleTCB,               /* 任務(wù)控制塊地址 */   
                  "App Task IDLE",             /* 任務(wù)名 */
                  AppTaskIDLE,               /* 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)地址 */
                  0,                          /* 傳遞給任務(wù)的參數(shù) */
                  &AppTaskIdleStk[0],         /* 堆棧基地址 */
                  APP_CFG_TASK_IDLE_STK_SIZE,  /* 堆?？臻g大小 */
                  APP_CFG_TASK_IDLE_PRIO,       /* 任務(wù)優(yōu)先級(jí)*/
                  APP_CFG_TASK_IDLE_PRIO,     /* 任務(wù)搶占閥值 */
                  TX_NO_TIME_SLICE,           /* 不開(kāi)啟時(shí)間片 */
                  TX_AUTO_START);            /* 創(chuàng)建后立即啟動(dòng) */
}

我們實(shí)現(xiàn)了tx_application_define函數(shù)，在其中創(chuàng)建了任務(wù)，理所當(dāng)然我們還需要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的任務(wù)函數(shù)。

/*系統(tǒng)啟動(dòng)任務(wù)*/
static void  AppTaskStart (ULONGthread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  /* 任務(wù)統(tǒng)計(jì)前先掛起其它任務(wù) */
 tx_thread_suspend(&AppTaskRedLedTCB);
 tx_thread_suspend(&AppTaskGreenLEDTCB);
 
 OSStatInit();
 
  /* 任務(wù)統(tǒng)計(jì)完畢后，恢復(fù)其它任務(wù) */      
 tx_thread_resume(&AppTaskRedLedTCB);
 tx_thread_resume(&AppTaskGreenLEDTCB);
 
  /* 內(nèi)核開(kāi)啟后，恢復(fù)HAL里的時(shí)間基準(zhǔn) */
 HAL_ResumeTick();
 
  while (1)
  { 
   sysHeartBeat++;
   tx_thread_sleep(1000);
  }
}
 
/*紅燈閃爍控制*/
static void AppTaskRedLED(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(1)
  {
   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOI,GPIO_PIN_8);
   tx_thread_sleep(500);
  }  
}
 
/*綠燈閃爍控制*/
static void AppTaskGreenLED(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(1)
  {       
   
   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
   tx_thread_sleep(2000);
  }
}
 
/*統(tǒng)計(jì)任務(wù)函數(shù)*/
static void AppTaskStat(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(OSStatRdy == false)
  {
   tx_thread_sleep(200);     /* 等待統(tǒng)計(jì)任務(wù)就緒 */
  }
 
 OSIdleCtrMax /= 100uL;
  if(OSIdleCtrMax == 0uL)
  {
   OSCPUUsage = 0u;
  }
 
  OSIdleCtr= OSIdleCtrMax * 100uL;  /* 設(shè)置初始CPU利用率 0% */
 
  for (;;)
  {
   OSIdleCtrRun = OSIdleCtr;    /* 獲得100ms內(nèi)空閑計(jì)數(shù) */
   OSIdleCtr    = 0uL;          /* 復(fù)位空閑計(jì)數(shù) */
   OSCPUUsage   = (100uL -(float)OSIdleCtrRun / OSIdleCtrMax);
   tx_thread_sleep(100);        /* 每100ms統(tǒng)計(jì)一次 */
  }
}
 
/*空閑任務(wù)函數(shù)*/
static void AppTaskIDLE(ULONG thread_input)
{    
 TX_INTERRUPT_SAVE_AREA
   
   (void)thread_input;
 
  while(1)
  {
   TX_DISABLE
     OSIdleCtr++;
   TX_RESTORE
  }                                                                                                                
}

實(shí)現(xiàn)了上面這些函數(shù)后，我們一個(gè)基于ThreadX的最基礎(chǔ)的系統(tǒng)就建立起來(lái)了，對(duì)于更復(fù)雜的系統(tǒng)也沒(méi)有問(wèn)題，其實(shí)現(xiàn)的基本思路也是與此相同的。

4 、最后測(cè)試

完成前述的全部?jī)?nèi)容后，我們編譯下載到目標(biāo)平臺(tái)，兩個(gè)指示燈按照我們的預(yù)期正常閃爍，說(shuō)明的們的移植是成功的。

事實(shí)上ThreadX的移植相對(duì)簡(jiǎn)單，接下來(lái)我們總結(jié)一下移植ThreadX的步驟。我們覺(jué)得大體可分為如下過(guò)程進(jìn)行：

首先，將ThreadX的文件及引用，包括內(nèi)核文件和接口文件，添加到我們的項(xiàng)目中，并做好相關(guān)的項(xiàng)目配置。

其次，將 tx_api.h 文件包含于所有使用 ThreadX 服務(wù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序。如前面我們將其包含在主函數(shù)文件中。

然后，在主函數(shù)中調(diào)用 tx_kernel_enter函數(shù)以達(dá)到啟動(dòng)ThreadX內(nèi)核的目的。如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)ThreadX特定的初始化，可以通過(guò)增加其優(yōu)先權(quán)而進(jìn)入到內(nèi)核中。

再其次，建立 tx_application_define 函數(shù)。這是初始系統(tǒng)資源創(chuàng)建的地方。這些資源包括線程、隊(duì)列、內(nèi)存緩沖池、事件標(biāo)志組以及信號(hào)。

最后，編譯下載到目標(biāo)平臺(tái)測(cè)試。