STM32F10x SPL 集成 FreeRTOS

在整理 GCC Arm 工具链的Bluepill代码示例, 常用外设都差不多了, 接下来是 FreeRTOS, 网上查到的基本上都是基于旧版本的集成, STM32 SPL版本3.5.0, FreeRTOS版本9.x或者10.x, 不如自己用新版本集成一下. 顺便做个笔记.

转载请标明出处: https://www.cnblogs.com/milton/p/16740075.html

软件版本

STM32F10x_StdPeriph_Driver V3.6.2

ST的SPL算是教科书一般的嵌入式库, 当前市面上大部分32位MCU的库设计和命名, 都能看到SPL的影子, 有些甚至就是原盘照抄. 因为ST将中心放到了STM32Cube和HAL上, SPL基本上不再更新, 在时隔九年后的2021年才发布V3.6.2. 这部分基本稳定, 和V3.5.x相比变化很小. 所以大部分厂商也乐于用SPL作为原型开发他们的库函数, 不存在主干分叉的问题了.

ST官网上SPL的下载地址 https://www.st.com/en/embedded-software/stm32-standard-peripheral-libraries.html点击F1. 不知道ST是有意还是无意, 这个地址大部分时间是404状态. 如果无法下载, 可以使用这个备份下载地址(注:下载不需要积分)

FreeRTOS v202112.00

这个版本也发布了好一阵了, 一直没见新的版本, LTS是202012.05, 比这个还早一年, 先用这个吧.
在代码中可以看到 FreeRTOS v202112.00 对应的FreeRTOS Kernel版本是 V10.4.6

GCC Arm 11.2-2022.02

使用的 gcc-arm-11.2-2022.02-x86_64-arm-none-eabi, 次新的版本.

集成的要点

前提

已经有可以使用 GCC Arm 工具链编译的基于 SPL V3.6.2 的项目模板

需要复制的文件

从 https://www.freertos.org/下载 FreeRTOS 202112.00 , 文件比较大, 但是实际上需要的文件很少. 解开后到 FreeRTOS/Source 目录下, 复制以下的文件到项目目录下

• FreeRTOS/Source/include 整个目录, 这些是头文件
• FreeRTOS/Source 下的所有C文件
• FreeRTOS/Source/portable/GCC/ARM_CM3 目录, 这是针对 STM32F103 的适配文件
• FreeRTOS/Source/portable/MemMang 目录, 里面包含一些现成的内存管理实现

放到项目下, 目录结构是这样的

FreeRTOS
├── include
│   ├── atomic.h
│   ├── croutine.h
│   ├── deprecated_definitions.h
│   ├── event_groups.h
│   ├── FreeRTOS.h
│   ├── list.h
│   ├── message_buffer.h
│   ├── mpu_prototypes.h
│   ├── mpu_wrappers.h
│   ├── portable.h
│   ├── projdefs.h
│   ├── queue.h
│   ├── semphr.h
│   ├── stack_macros.h
│   ├── StackMacros.h
│   ├── stdint.readme
│   ├── stream_buffer.h
│   ├── task.h
│   └── timers.h
├── portable
│   ├── GCC
│   │   └── ARM_CM3
│   │       ├── port.c
│   │       └── portmacro.h
│   └── MemMang
│       ├── heap_1.c
│       ├── heap_2.c
│       ├── heap_3.c
│       ├── heap_4.c
│       └── heap_5.c
├── croutine.c
├── event_groups.c
├── list.c
├── queue.c
├── stream_buffer.c
├── tasks.c
└── timers.c

需要准备的文件: FreeRTOSConfig.h

可以直接使用 FreeRTOS/Demo/CORTEX_STM32F103_Keil/ 这个例子的 FreeRTOSConfig.h, 如果要避免编译中的warning, 需要加一行

#define configALLOW_UNPRIVILEGED_CRITICAL_SECTIONS 0

里面几个可调节的项

• configMINIMAL_STACK_SIZE 最小栈尺寸, 默认为128, 需要占用的内存为 128 * 4 = 512 bytes
• configTOTAL_HEAP_SIZE 声明的堆尺寸, 默认的( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) )会恰好将STM32F103C8的20K内存用完

需要修改的代码: 中断处理

选项一: 替换 startup 中的中断处理函数

如果项目固定启用 FreeRTOS, 则直接在 startup 代码中修改, 对于代码中的函数名直接替换

• SVC_Handler -> vPortSVCHandler
• PendSV_Handler -> xPortPendSVHandler
• SysTick_Handler -> xPortSysTickHandler

选项二: 使用宏定义编译时替换

这个方式便于切换 FreeRTOS 和 Non-FreeRTOS 模式, 在 FreeRTOSConfig.h 中, 最后一个#endif之前添加以下代码就可以了

/* Use MACRO to replace the handlers without changing startup file */
#define vPortSVCHandler     SVC_Handler
#define xPortPendSVHandler  PendSV_Handler
#define xPortSysTickHandler SysTick_Handler

测试代码

以上步骤就已经完成了 FreeRTOS 的集成, 可以使用以下代码检测结果. 对于 Bluepill 板载 LED PC13 的亮灯测试.

需要注意的是, 如果使用了 FreeRTOS, 就不要再调用 SysTick_Config() 方法, 会和 FreeRTOS 冲突.

#include <stm32f10x.h>
#include <stm32f10x_gpio.h>
#include <stm32f10x_rcc.h>
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    (void)(pvParameters);   // Suppress "unused parameter" warning

    while (1)
    {
        GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
        vTaskDelay(500);
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13);
        vTaskDelay(500);
    }
}

void LED_Config(void)
{
    // GPIO structure for port initialization
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    // enable clock on APB2
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
    /* configure port PC13 for driving an LED
     * Use GPIO_Pin_All if you want to drive the whole port
     */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  // output push-pull mode
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // highest speed
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);            // initialize port
}

int main(void)
{
    BaseType_t xReturned;

    /*
     * Don't use Delay_Init(), which conflict with FreeRTOS tick handling
     */

    LED_Config();

    xReturned = xTaskCreate(
        vTaskFunction,              // Task function point
        "TaskLED",                  // Task name
        configMINIMAL_STACK_SIZE,   // Use the minimum stack size, each take 4 bytes(32bit)
        NULL,                       // Parameters
        2,                          // Priority
        NULL);                      // Task handler

    if (xReturned != pdPASS)
    {
        while (1);
    }

    /* Start the scheduler. */
    vTaskStartScheduler();

    /* Will only get here if there was not enough heap space to create the idle task. */
    return 0;
}

参考

• 快速上手 https://www.freertos.org/FreeRTOS-quick-start-guide.html
• 如何集成, 需要哪些文件 https://www.freertos.org/Creating-a-new-FreeRTOS-project.html
• FreeRTOS 作者 Richard Barry 的演讲,2013年 https://www.youtube.com/watch?v=1oagM_tEyeA