如何將ThreadX移植到STM32平臺

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

1 、前期準備

在開(kāi)始將ThreadX一直到STM32平臺之間我們需要做一些前期準備。首先我們需要準備一個(gè)硬件平臺，這次我們采用STM32F407IG控制單元來(lái)作為目標平臺。其次我們需要準備一個(gè)該硬件平臺下可以正常運行的裸機項目。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。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。

2 、系統移植

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文件夾存放的是內核源碼，ports文件夾存放的是不同平臺的接口文件。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)我們需要在項目中添加ThreadX的相關(guān)源碼文件。所以我們在項目下添加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應的分組。如下所示：

然后要在項目屬性中為編譯器指定頭文件的引用路徑，主要是內核函數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ThreadX內核文件以及接口文件的移植，但現在ThreadX不會(huì )運行，我們還需要做一些工作。我們要將內核與主函數聯(lián)系起來(lái)，首先我們要在調用內核的地方添加頭文件“tx_api.h”，我們這里將其添加到主函數文件中。

然后有兩個(gè)函數我們需要處理，分別是：tx_kernel_enter和tx_application_define，這兩個(gè)函數在頭文件“tx_api.h”中被聲明。tx_kernel_enter實(shí)際是一個(gè)宏，真正的函數是_tx_initialize_kernel_enter，用于啟動(dòng)內核，這個(gè)函數需要我們在主函數中調用。而tx_application_define函數只有聲明沒(méi)有實(shí)現，在_tx_initialize_kernel_enter函數中被調用，用于任務(wù)的創(chuàng )建。這個(gè)函數的實(shí)現是我們的主要工作，后續將詳細說(shuō)明。

3 、任務(wù)實(shí)現

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

我們先來(lái)規劃一下我們將要實(shí)現的內容。我們計劃實(shí)現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)及統計任務(wù)。其中為啟動(dòng)任務(wù)用于初始化一些配置并執行一些如系統心跳、看門(mén)狗之類(lèi)的工作；用于紅燈閃爍任務(wù)和綠燈閃爍任務(wù)用于實(shí)現我們要操作的指示燈控制；空閑任務(wù)在其他任務(wù)不運行時(shí)其運行，優(yōu)先級最低。統計任務(wù)再次我們實(shí)現系統空閑率的統計。接下來(lái)我們就按此思路來(lái)實(shí)現之。

/*tx_application_define函數實(shí)現*/
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)函數地址 */
               0,                             /* 傳遞給任務(wù)的參數 */
               &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*/
               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)函數地址 */
               0,                           /* 傳遞給任務(wù)的參數 */
               &AppTaskMsgProStk[0],       /* 堆?；刂?*/
               APP_CFG_TASK_RedLED_STK_SIZE,  /* 堆?？臻g大小 */
               APP_CFG_TASK_REDLED_PRIO,      /* 任務(wù)優(yōu)先級*/
               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)函數地址 */
               0,                         /* 傳遞給任務(wù)的參數 */
               &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*/
               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  )建統計任務(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)函數地址 */
                  0,                           /* 傳遞給任務(wù)的參數 */
                  &AppTaskStatStk[0],          /* 堆?；刂?*/
                  APP_CFG_TASK_STAT_STK_SIZE,  /* 堆?？臻g大小 */ 
                  APP_CFG_TASK_STAT_PRIO,      /* 任務(wù)優(yōu)先級*/
                  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)函數地址 */
                  0,                          /* 傳遞給任務(wù)的參數 */
                  &AppTaskIdleStk[0],         /* 堆?；刂?*/
                  APP_CFG_TASK_IDLE_STK_SIZE,  /* 堆?？臻g大小 */
                  APP_CFG_TASK_IDLE_PRIO,       /* 任務(wù)優(yōu)先級*/
                  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)現了tx_application_define函數，在其中創(chuàng )建了任務(wù)，理所當然我們還需要實(shí)現相應的任務(wù)函數。

/*系統啟動(dòng)任務(wù)*/
static void  AppTaskStart (ULONGthread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  /* 任務(wù)統計前先掛起其它任務(wù) */
 tx_thread_suspend(&AppTaskRedLedTCB);
 tx_thread_suspend(&AppTaskGreenLEDTCB);
 
 OSStatInit();
 
  /* 任務(wù)統計完畢后，恢復其它任務(wù) */      
 tx_thread_resume(&AppTaskRedLedTCB);
 tx_thread_resume(&AppTaskGreenLEDTCB);
 
  /* 內核開(kāi)啟后，恢復HAL里的時(shí)間基準 */
 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);
  }
}
 
/*統計任務(wù)函數*/
static void AppTaskStat(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(OSStatRdy == false)
  {
   tx_thread_sleep(200);     /* 等待統計任務(wù)就緒 */
  }
 
 OSIdleCtrMax /= 100uL;
  if(OSIdleCtrMax == 0uL)
  {
   OSCPUUsage = 0u;
  }
 
  OSIdleCtr= OSIdleCtrMax * 100uL;  /* 設置初始CPU利用率 0% */
 
  for (;;)
  {
   OSIdleCtrRun = OSIdleCtr;    /* 獲得100ms內空閑計數 */
   OSIdleCtr    = 0uL;          /* 復位空閑計數 */
   OSCPUUsage   = (100uL -(float)OSIdleCtrRun / OSIdleCtrMax);
   tx_thread_sleep(100);        /* 每100ms統計一次 */
  }
}
 
/*空閑任務(wù)函數*/
static void AppTaskIDLE(ULONG thread_input)
{    
 TX_INTERRUPT_SAVE_AREA
   
   (void)thread_input;
 
  while(1)
  {
   TX_DISABLE
     OSIdleCtr++;
   TX_RESTORE
  }                                                                                                                
}

實(shí)現了上面這些函數后，我們一個(gè)基于ThreadX的最基礎的系統就建立起來(lái)了，對于更復雜的系統也沒(méi)有問(wèn)題，其實(shí)現的基本思路也是與此相同的。

4 、最后測試

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

事實(shí)上ThreadX的移植相對簡(jiǎn)單，接下來(lái)我們總結一下移植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，包括內核文件和接口文件，添加到我們的項目中，并做好相關(guān)的項目配置。

其次，將 tx_api.h 文件包含于所有使用 ThreadX 服務(wù)和數據結構的應用程序。如前面我們將其包含在主函數文件中。

然后，在主函數中調用 tx_kernel_enter函數以達到啟動(dòng)ThreadX內核的目的。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)先權而進(jìn)入到內核中。

再其次，建立 tx_application_define 函數。這是初始系統資源創(chuàng )建的地方。這些資源包括線(xiàn)程、隊列、內存緩沖池、事件標志組以及信號。

最后，編譯下載到目標平臺測試。