HC32F072 + FreeRTOS 详细教程

记录并分享移植过程

背景原因：STM32太贵了，而且CubeMx太强了，移植难度0。
做一个小众单片机的移植，后续其它单片机移植也可参考类似过程。

环境说明：
开发IDE：MDK-ARM Plus ver 5.34
MCU：国产华大单片机 HC32F072 ，主频 48Mhz ，Core M0+内核 ，RAM 16KB ，ROM 128KB
RTOS：FreeRTOS V10.4.3

移植分为以下几个步骤

一、准备
二、FreeRTOS源码
三、添加工程
四、裁剪
五、使用

一、准备

1. 首先准备一个HC32F072的最小系统，可以参考官方点灯Demo。为了发挥最大性能，将主频修改至最大48Mhz。此处不做详细教程，也可参考已修改好的branch-noOS
2. 下载FreeRTOS源代码，官网：https://www.freertos.org/a00104.html
3. 选择稳定版本下载：FreeRTOS LTS Release 202012.01 并解压

二、FreeRTOS源码

1. 先在最小系统的source目录下新建一个FreeRTOS目录用来存放RTOS源码!

2. 拷贝FreeRTOS源码解压后的路径下\FreeRTOS-LTS\FreeRTOS\FreeRTOS-Kernel 的所有内容到本地的source/FreeRTOS目录下。

3. 在source/FreeRTOS目录下再新建一个一个source目录，将source/FreeRTOS目录下的所有.c文件剪切到source/FreeRTOS/source目录下。

现在FreeRTOS源码被我们分成了三个目录，分别是①include目录；②portable目录；③source目录
这里 分析一下 FreeRTOS源码结构，①和③包含的是FreeRTOS核心功能源文件及头文件 .c和.h，这两部分的文件试用于各种编译器和处理器，是通用的，基本不需要修改，②为需要移植修改的目录，这与编译器和所使用的CPU有关，属于RTOS硬件接口层。

再分析一下②portable目录

keil就是我们就是我们使用的编译器，其实keil里面的内容跟RVDS里面的内容一样，所以我们只需要分析RVDS文件夹里面的内容即可。
RVDS里面包含了各种处理器相关的文件夹，与CPU内核相关。FreeRTOS是一个软件，单片机是一个硬件，FreeRTOS要想运行在一个单片机上面，它们就必须关联在一起。
MemMang文件夹下存放的是跟内存管理相关的源文件,一般情况我们都选用heap4方式。

三、添加工程

1. 打开keil
2. Manage -> project Items -> Groups 添加三个工程目录，分别为FreeRTOS/src ；FreeRTOS/port ；FreeRTOS/config 点击OK。
3. 在 Project栏中 选中FreeRTOS/src，右击->Add Existing File to Group ... .添加source\FreeRTO\source目录下的所有.c文件
4. 在 Project栏中 选中FreeRTOS/port，右击->Add Existing File to Group ... .添加source\FreeRTOS\portable\RVDS*ARM_CM0* 目录下的所有.c文件。这里因为MCU是core M0内核，其它MCU选中对应内核目录
5. 在 Project栏中 选中FreeRTOS/port，右击->Add Existing File to Group ... .添加source\FreeRTOS\portable\MemMang 目录下的heap_4.c文件
6. 添加头文件路径 在options -> c/c++ -> include paths -> ...
   .\source\FreeRTOS\include
   .\source\FreeRTOS\portable\MemMang
   .\source\FreeRTOS\portable\RVDS\ARM_CM0

四、裁剪

FreeRTOS的裁剪主要依靠FreeRTOSConfig.h中的宏定义去完成，需要什么功能就打开对应的宏就可以了。
现在我们需要一个FreeRTOSConfig.h文件。但在源码FreeRTOS-Kernel目录下没有提供config文件。
有两个途径获得

1. 再去FreeRTOS官网下载常规版本的源码，在demo目录下找到对应内核目录下的demo(可能是其它MCU，不要紧)拷贝一个FreeRTOSConfig.h文件到本地source\FreeRTOS\include目录内
2. 我提供里一个带注释版本的FreeRTOSConfig.h文件，复制到本地source\FreeRTOS\include目录
   内容如下：

    #ifndef FREERTOS_CONFIG_H
    #define FREERTOS_CONFIG_H
    
    #define configUSE_PREEMPTION                1//抢占式调度器开关
    #define configUSE_IDLE_HOOK                 0//空闲任务钩子函数
    #define configUSE_TICK_HOOK                 0//时间片钩子函数
    #define configCPU_CLOCK_HZ                  ( SystemCoreClock )//CPU主频
    #define configTICK_RATE_HZ                  ( ( TickType_t ) 1000 )//RTOS节拍频率 即1秒的中断次数
    #define configMAX_PRIORITIES                ( 5 )//可使用的最大优先级
    #define configMINIMAL_STACK_SIZE            ( ( unsigned short ) 60 )//定义空闲任务使用的堆栈大小
    #define configTOTAL_HEAP_SIZE               ( ( size_t ) ( 8*1024 ) )//RTOS内核总计可用的有效的RAM大小
    #define configMAX_TASK_NAME_LEN             ( 12 )//任务名最大长度
    #define configUSE_TRACE_FACILITY            0//是否启动可视化跟踪调试
    #define configUSE_16_BIT_TICKS              0//系统节拍计数器的变量类型  0为32位 1为16为
    #define configIDLE_SHOULD_YIELD             1//空闲任务放弃CPU使用权给其他同优先级的用户任务
    #define configUSE_MUTEXES                   1//是否使用互斥信号量
    #define configQUEUE_REGISTRY_SIZE           8//设置可以注册的信号量和消息队列个数
    #define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW      0//堆栈溢出检查 大于0有效
    #define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES         1//是否使用递归互斥信号量
    #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK        0//内存申请失败钩子函数
    #define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG      0//为任务分配标签
    #define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES       1//是否使用计数信号量
    #define configGENERATE_RUN_TIME_STATS       0//是否启用运行时间统计功能
    
    /* Co-routine definitions. */
    #define configUSE_CO_ROUTINES               0//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
    
    /* Software timer definitions. */
    #define configUSE_TIMERS                    0//是否启用软件定时器
    #define configTIMER_TASK_PRIORITY           ( 2 )//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        ( 80 )//软件定时器任务堆栈大小
    
    /* Set the following definitions to 1 to include the API function, or zero
    to exclude the API function. *///是否启用RTOS API函数
    #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
    
    /* Normal assert() semantics without relying on the provision of an assert.h
    header file. */
    #define configASSERT( x ) if( ( x ) == 0 )  { taskDISABLE_INTERRUPTS(); for( ;; ); }
    
    /* Definitions that map the FreeRTOS port interrupt handlers to their CMSIS
    standard names - or at least those used in the unmodified vector table. */
    #define vPortSVCHandler SVC_Handler
    #define xPortPendSVHandler PendSV_Handler
    #define xPortSysTickHandler SysTick_Handler
    
    #endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

3. 为了方便修改 在 Project栏中 选中FreeRTOS/config，右击->Add Existing File to Group ... .添加source\FreeRTO\include目录下的FreeRTOSConfig.h

4. 为了将应用层代码和系统层关联在一起，需要引用一下对方的头文件
   在main.c中添加引用FreeRTOS头文件 #include "FreeRTOS.h" 和 #include "task.h"
   在FreeRTOSConfig.h中添加头文件华大的头文件 #include "hc32f072.h"

5. RTOS心跳时钟本质是通过定时器中断是实现的，所以我们需要设置一个符合RTOS节拍的定时器中断用作RTOS的“心跳” ，并将中断处理函数交给RTOS管理。
   定时器中断 其实在FreeRTOS中，这一部分已经完成了，在port.c文件中已经实现vPortSetupTimerInterrupt()函数 ，采用了滴答定时器SysTick ，中断时间是根据FreeRTOSConfig.h里configCPU_CLOCK_HZ和configTICK_RATE_HZ宏来设置的，目前是1mS，当我们启动任务调度函数vTaskStartScheduler()时就会调用，所以我们不需要修改什么
   中断服务函数 这一部分FreeRTOS源码中也已经帮我们实现好了，在port.c文件中已经实现xPortSysTickHandler()函数，所以我们要注释原来的SysTick中断服务函数，在\source\common目录在的interrupts_hc32f072.c文件中

6. 尝试编译一下， 如果没有报错及警告说明移植工作已经完成
   如果出现类以下错误
   是由于你的ARM编译器太高了，处理汇编和C代码的混合时导致无法识别__ASM关键字导致语法错误。
   有两种解决办法
   ① 修改编译器版本为V5，在options -> Target -> ARM compiler 中选择Use default compiler version 5

② 修改类似的代码如下

这里建议还是选择方法①

五、使用

1. 写一个闪烁点灯任务，注意是一个死循环，并通过RTOS 延时API vTaskDelay()函数延时
2. 创建一个任务句柄变量
3. 在main函数中，创建一个点灯任务，并启动任务调度
4. 编译
5. 完成！！！