uCOS-II移植到STM32的詳細步驟

前 言

說點廢話,網上有很多關於uCOS-ii移植的文章,好多都是千篇一律,理論性很強,分析了一大堆虛頭巴腦的東西,真想問他們,你確定你分析的這些東西是需要你做的工作嗎?實操性嚴重欠缺…這方面我也走了很多彎路,下面就將自己的移植過程一步步的記錄下來,也給大家做做參考。


首先,簡單總結一下移植的大概過程:

(1) 去uC/OS-ii官網下載你要移植芯片CPU的相關案例,不一定完全對應,那就找相應系列吧。


(2) 編程環境一般有兩種,分別是IAR和MDK,這個根據你自己的編程環境進行下載。


(3) 本案例需要將uC/OS-II 移植到STM32F103ZET6上,而我使用的編程環境是MDK,很遺憾,官網上提供的案例是基於IAR的,所以要基於IAR的案例進行更改。


(4) 使用MDK創建一個無操作系統的最簡單程序,確保這個程序能夠使用,這樣做的目的是爲了一步步的排查錯誤,假如無操作系統時,都有錯誤,移植過程中也肯定會有編譯錯誤,那麼在排查錯誤的時候也就增加了難度,不會寫物操作系統的簡單程序怎麼辦。。。那就不要往下看了。


(5) 移植的最大的改動主要有兩部分,一個是一些頭文件的增減,另外一個就是向量表中PendSV_Handler和SysTick_Handler的修改。這裏我要吐槽一下,網上說了一大堆關於什麼OS_CPU.H的更改還有各種函數的的分析,這都是扯淡。。。這些根本就不用移植者去修改,官網提供的案例都已經提供了,除非你選擇移植的CPU是比較偏的,那麼這些東西需要移植者自己去編寫。


好了,下面就開始詳細的記錄怎麼去移植。

一、 創建一個無操作系統的簡單裸板系統

1. 創建源文件工程文件夾,如下圖所示:

其中文件夾“CMSIS”爲內核的接口,包含的文件如下圖

 

文件夾STM32_StdPeriph爲固件驅動文件夾,這個把STM32的固件全都添加進去即可。


文件夾User爲其他文件,如下圖所示:

 

文件夾Output和List主要是放那些編譯產生的亂七八糟的文件,爲了使工程代碼更加簡潔。


2.使用MDK創建無操作系統工程項目,這一點就不一一說了,將創建後的工程項目文件樹截圖如下:

 

這個時候還沒有main文件,那麼創建一個mian.c文檔即可,這裏需要注意,創建main.c後,要將其添加到項目中才行,而不是簡單的保存。如下圖所示:、

 

注意:main.c中要有一個mian函數,否則編譯器會報錯提示你的。然後就是項目的配置,這個還是很重要的,下面分別說需要配置的地方:


(1) Output選項如下:

 

這裏面勾選了Create HEX File選項,同時將項目輸出放到了之前創建的Output文件夾。


(2) List選項,將List產生的文件放入到之前創建的List文件夾中。


(3) C/C++配置選項如下:

 

其中Define選項中,填入:USE_STDPERIPH_DRIVER,STM32F10X_HD,這是告訴編譯器,使用標準外設,還有選擇的CPU類型,其中CPU類型需要根據你選擇移植的CPU進行適當的更改。Include Paths是要包含的頭文件路徑,這個爲了保險,將項目中的所有有.h的文件的文件夾都包含進去就可以了。


4. Debug選項如下:

我使用的是Jlink進行燒寫調試,所以選擇瞭如圖所示,還要進行settings,如下:

 

這裏要勾選“Reset and Run”,這樣做的目的是,每當燒寫下載後,CPU進行復位並運行。


5.Utilities選項設置如下所示:

 

至此,配置完畢,編譯一下,沒有錯誤,創建一個簡單的點亮LED程序,驗證一下即可。


備註說明:如果按照這個步驟操作,編譯,如果出現一些簡單的錯誤,比如沒有main函數,沒有發現某個頭文件,那麼按照提示解決即可,但是如果發現了很多怪怪的編譯錯誤,比如說未定義u32,u8這些符號時,那就要注意一下了,有可能是MDK版本的問題,我在使用MDK低版本的時候,發現有問題,而使用高版本的時候就沒問題了,所以需要注意一下。


二、 移植uC/OS-ii到STM32F10X上

1. 首先在官網上下載基於STM32的移植工程案例。裏面的移植文檔AN-1018中是作者寫的移植文檔,說的很詳細,想要移植的話,多看看這個文檔。


2. 其中有張圖,非常重要,其實就是告訴了移植者要做的工作,如下圖所示:

 

這個圖表達了什麼信息呢,其實就是告訴移植者需要將那些文件移植到你的工程當中,首先是uC/OS-ii的源文件,就是OS_CORE.C、OS_FLAG.C.....ucos_ii.H這些文件,其實是uC/OS-ii的Port文件,包括4個,分別是OS_CPU_C.C,OS_CPU_A.ASM,OS_CPU.H,OS_DBG.C,還有是用戶應用程序裏的包含文件,這個裏面不能照搬,選擇使用兩個文件,分別爲OS_CFG.H和INCLUDES.H,其他三個,可以自己編寫,爲什麼不套用另外那三個呢,主要是因爲那三個文件是針對官方開發板創建的任務,裏面包含的信息量太大,編譯的時候,肯定會有大量的錯誤(因爲我們是一直到我們自己的板子),所以最好自己寫最簡單的,至於怎麼寫,後面再詳細說,可以先建2個空文件,分別是APP.C和APP_CFG.H,這兩個文件的含義很簡單,APP是自己的應用程序C文件,APP_CFG.H是對我們自己的應用程序做的配置文件,看到這裏可能會有個疑問,APP_VECT.C文件怎麼處理呢,答案是捨棄,因爲官方提供的案例是自己寫啓動文件,APP_VECT.C文件是向量表,我們使用的是STM32固件庫裏的啓動代碼,所以就不用使用了。BSP部分有兩個文件BSP.C和BSP.H,這個也建議直接捨棄,這個是官方文檔中針對他們的的開發板寫的一些底層的設備驅動,我們自己的開發板跟他們的不同,所以根本就沒必要要,至此,將剛剛分析的這些必須的文件加入到上面創建的無操作系統裸板程序中,進行編譯。肯定會有很多錯誤,下面我們就一一的修改這些錯誤。添加到項目後的文件樹,如下圖所示:


需要注意的是,這其中的app.c和app_cfg.h是自己創建的空的文件,而不是使用官網案例裏提供的,如果非要使用官網裏面的,那麼只能不停的更正其中的錯誤啦。下面就是要修改錯誤的過程了。


3. 修改os_cfg.h 這個是配置uCOS-ii系統功能的頭文件,根據自己的需要進行裁剪任務吧,我只做了一個修改,就是,禁用鉤子函數,這是爲了防止出現那些所謂的文檔中分析的要寫的那幾個鉤子函數出現錯誤,禁用鉤子函數了,也就不用寫鉤子函數了,其他的根據自己需要裁減吧。


4. OS_CPU_A.ASM文件的修改

首先是修改

這樣修改的目的,是因爲MDK編程環境不認識PUBLIC,要用EXPORT.

其次是修改:

 

爲:

 

這個也是因爲編程環境的問題。


5. 修改OS_DBG.C

修改:

爲:,原因也是編程環境的問題。


6. 修改啓動代碼

這個步驟是移植的核心:上面說的其他的修改,都是一些附屬的格式方面的修改,而啓動代碼的修改纔是移植的核心,這裏簡單的分析2個問題,一是,什麼叫移植,二是移植的操作系統如何能夠被我們的工程所應用。所謂移植,打一個恰當的比喻——器官移植,就是將A的器官移植到B身上,使A的器官能夠爲B所用。所以移植絕對不是簡單的“複製”,不僅要放到你的工程項目中,更重要的是要能夠和你的項目建立聯繫。那麼uCOS-ii怎麼跟STM32建立聯繫呢?

uCOS-ii的核心作用就是任務調度,要使用STM32的一個特殊中斷——PendSV,就是可掛起系統任務中斷,通過該中斷進行系統的調度。還有就是uCOS-ii需要一個基準時間,那麼STM32中有一個專用的定時器,嘀嗒定時器SysTick,這個定時器,就是專爲操作系統而設計的,通過這個滴答定時器給uCOS-ii提供一個時間基準,每隔固定的時間出發一個PendSV中斷,進行任務的調度。所以呢,在官方案例的移植文檔AN-1018中也特別提到這一點,要將啓動代碼中所有“PendSV_Handler”和“SysTick_Handler”,替換成“OS_CPU_PendSVHandler”和“OS_CPU_SysTickHandler”,這樣就相當於將uCOS-ii的“神經”跟你的項目的“神經”搭在了一起。


7. 此時編譯,發現還有一個錯誤:

在uCOS-ii源碼中查找OS_TASK_TMR_PRIO定義,原來這個定義在源碼文件app_cfg.h中,如下所示:

 

    比葫蘆畫瓢,複製到自己創建的那個空白app_cfg.h中。然後編譯,發現已經還有的錯誤就是在includes.h中,說沒有包含一些的頭文件,這個把includes.h中對應錯誤的那些包含頭文件代碼刪掉即可,這是因爲我們沒有完全的使用官方案例中的所有文件。至此移植的修改工作告一段落,已經完成。


8. 創建任務,驗證移植效果


     這個可以參照源代碼中APP.C進行創建任務,在app_cfg.h中編寫各個任務的配置文件,這裏需要注意的是,我們之前創建的裸板中已經有main.c文件,其中已經有main.c函數,所以我們在app.c中就不必再創建main函數了,直接在main函數中初始化uCOS-ii,然後創建一個任務,或者調用一個函數,在這個任務或者函數中再創建需要的幾個任務即可。案例如下圖所示:

 

其中需要注意的是,在創建的第一個任務裏,一定要先初始化嘀嗒定時器,這個是仿照官方案例中的代碼格式寫的,直接使用OS_CPU_SysTickInit(),可能在編譯的時候,會發現這個嘀嗒定時器初始化啓動函數有報錯,這個一般是沒有包含這個函數中調用的函數,或者直接沒有,那麼在源代碼中搜索這個函數,比葫蘆畫瓢照抄寫就行啦。


另外特別注意,官網代碼的創建的第一個開始任務裏有一段代碼,如下圖所示:

 

這個,調用了OSStatInit()函數,這個函數的作用是啓動統計CPU佔用率的函數,這個不太清楚還有沒有其他功能,建議不要使用,因爲我在使用的時候,發現,創建的任務都不能工作了,索性就不使用,反倒好了。


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