FreeRTOS记录（一、熟悉开发环境以及CubeMX下FreeRTOS配置）

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矜辰所致 发表于 2022/09/21 14:34:30 2022/09/21
【摘要】 FreeRTOS 第一课：熟悉开发环境以及CubeMX下FreeRTOS配置

@TOC

第一步的记录，用永远的带头大哥“跑马灯”，来熟悉一下开发环境以及操作流程，同时了解下CubeMX下关于 FreeRTOS 的配置方法。

1、STM32CubeMX下配置第一个FreeRTOS工程

话不多说，先跑起来，然后再来一步一步分析，使用STM32CubeMX生成工程（下面的步骤属于STM32CubeMX的基础使用，这里我们不会介绍软件如何使用，只给出相关的操作步骤截图）:
1、LED所使用的GPIO

在这里插入图片描述

2、选择时钟源，配置时钟：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3、调试模式和基础时钟源

在这里插入图片描述

问题1、为什么不能使用System tick 分析

这里需要知道，使用了FreeRTOS以后，FreeRTOS 会强制使用systick作为自己的心跳，这个os_tick的优先级是最低的，他主要是处理OS任务调度，时间片查询等工作。

在图中这里设置的Timebase是HAL库所使用的基础时钟 hal_tick, 如果设置成也设置成systick，优先级最低，那么
当在高优先级（优先级高于systick）中断服务中调用 HAL_Delay()就会导致错误

当然我们也经常强调不要在中断中使用延时！不要在中断中使用延时！不要在中断中使用延时！

HAL_Delay() 函数在库中是基于所选择的的Timebase时钟来源实现的：

在这里插入图片描述

所以我们设置成其他定时器，当然建议使用基本定时器TIM6 或者 TIM7，他的优先级会默认设置最高，如下图：

在这里插入图片描述

参考博文：cubemx在使用freertos的时候为何推荐使用除systick以外的timebase

选择其他时钟源后，系统会自动生成一个Callback函数（下图例子是在L051 上选择的TIM22 定时器作为时钟源）：

在这里插入图片描述

4、调试串口选择

在这里插入图片描述

5、选择使用FREERTOS以及接口版本

在这里插入图片描述

问题2、为什么选择CMSIS_v1 分析

首先我们得明白，CMSIS是什么？

Cortex微控制器软件接口标准（CMSIS）是独立于供应商的硬件抽象层，用于基于Arm Cortex处理器的微控制器。 CMSIS定义了通用工具接口，并提供一致的设备支持。 CMSIS软件接口简化了软件重用，CMSIS提供了到处理器和外围设备，实时操作系统以及中间件组件的接口。 ------ CMSIS是接口！

所以虽然我们是使用FreeRTOS，但是和以前使用 FreeRTOS 源码移植的方式不同，我理解是CubeMX里面使用的 FreeRTOS 是被 CMSIS 重新封装过提供给用户使用的，通过 CMSIS 标准接口方便在不同平台移植。
如果以前自己用源码移植过，有自己的代码框架，可以在此选项中选择 Disable，通过以前的源码方式自己移植

官方的文档有这么一段：

在这里插入图片描述

V1使得软件能够在不同的RTOS系统下工作，为实时操作系统提供通用的API。

V2是在V1基础上的扩展了一些关于 Armv8-M的支持，动态对象，多核系统相关的东西。

所以说V2对于我们也并没有本质的使用提升，而且一般来说 支持东西越多，代码越大。

综上所述，所以我们选择 CMSIS_v1 版本的接口。

6、创建任务

在这里插入图片描述

7、生成代码

这里我们选择生成Makefile，因为我说过要抛弃MDK的盗版开发环境，开源走起，所以在此之前需要配置好开发环境。

在这里插入图片描述
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  1. 代码生成了确保环境正常，make一下！

    如果不会的朋友可以参考我的博文：在window下使用VScode搭建ARM开发环境——手把手教学详细版

    按照教程把该准备和配置的都设置好。

在这里插入图片描述

9、跑马灯跑起来

在 freertos.c 文件中我们能看到我们创建的任务函数：
void Start_Led_toggle(void const * argument)
我们需要在任务函数中写跑马灯程序：

/* USER CODE END Header_Start_Led_toggle */
void Start_Led_toggle(void const * argument)
{
  /* USER CODE BEGIN Start_Led_toggle */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {  
    osDelay(500);
    HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
    // printf("this is a test!\r\n");   
    osDelay(500);
    HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin);
    osDelay(500);
  }
  /* USER CODE END Start_Led_toggle */
}

然后编译下载 ，可以观察到板子上的LED灯安装程序跑起来了，至此，我们的FreeRTOS就用起来了（好的开始，宣告学会了一半 = =！）。

2、STM32CubeMX中 FreeRTOS 的配置说明

2.1 Config Parameters 内核参数配置

内核配置

系统工作模式

在这里插入图片描述

系统时钟节拍

FreeRTOS的时钟Tick的频率，也就是FreeRTOS用到的定时中断的产生频率,这个频率越高则定时的精度越高。但是系统消负担越大，

在这里插入图片描述

配置最大优先级数量

在这里插入图片描述

#define configMAX_PRIORITIES ( 5 )

定义可供用户使用的最大优先级数，如果这个定义的是 5，那么用户可以使用的优先级号是 0,1,2,3,4，

不包含 5，对于这一点，初学者要特别的注意

IDLE TASK所占的空间

在这里插入图片描述

任务描述信息长度

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任务在空闲优先级中的行为

在这里插入图片描述

互斥量和信号量

在这里插入图片描述

队列和信号量的数量

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任务的 ‘tag’ 值

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版本兼容

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低功耗模式

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任务通知

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任务的TCB

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内存管理相关设置

内存分配

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最大使用大小

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内存管理方案

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钩子函数相关设置

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时间统计和任务可视化调试

在这里插入图片描述

协同程序

在这里插入图片描述

软件定时器

在这里插入图片描述

中断配置

SysTick中断和PendSV中断的优先级

LIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY

此宏定义是用来配置 FreeRTOS的最低优先级，SysTick中断和 PendSV 默认在这个优先级。

在 NVIC分组设置为4的情况下，此宏定义的范围就是 0-15 ，即专门配置抢占优先级。这里 即专门配置抢占优先级。这里 配置 为了 15，即 SysTick和 PendSV 都配配置为了最低优先级，实际项目中也建议配置为最低优先级。

在这里插入图片描述

FreeRTOS管理的最高优先级中断

LIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

这是针对硬件芯片的中断优先级来说的，不要与 FreeRTOS 任务优先级搞混了！

此选项定义了受FreeRTOS管理的最高优先级中断。

利用BASEPRI寄存器来选择屏蔽低于特定优先级的异常或中断，进入临界区后会屏蔽的中断等级就是由这里设置

简单的说就是允许用户在这个中断服务程序里面调用FreeRTOS的API的最高优先级。

在这里插入图片描述

设置NVIC的优先级分组为4的情况下（全部配置为抢占式优先级。又因为STM32的优先级设置仅使用CM内核8bit中的高4bit，即只能区分2^4 = 16种优先级。因此当优先级分组设置为4的时候可供用户选择抢占式优先级为0到15，共16个优先级，配置为0表示最高优先级，配置为15表示最低优先级，不存在子优先级。）

配置configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 为 0x01此配置可以在抢占式优先级为1到15的中断里面调用FreeRTOS的API函数，抢占式优先级为0的中断里面是不允许调用的。

在这里插入图片描述

比如 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 为 0x01 表示用户可以在抢占式优先级为 1 到 15 的中断里面调用 FreeRTOS 的 API 函数，抢占式优先级为 0 的中断里面是不允许调用的。

即抢占式优先级为 1 到 15的中断，均受FreeRTOS管理，0是最高优先级不受FreeRTOS管理。

2.2 Include Parameters

系统API配置，使能或者不使能API，不用的API可以不使能以减小系统大小。对应与移植时的Config文件。

在这里插入图片描述

2.3 Advanced setting

高级设置，这个是新版本加的：

在这里插入图片描述

如果configUSE_NEWLIB_REENTRANT设置为1，那么将为每个创建的任务分配一个newlib rent结构。注意，Newlib支持已经被普遍的需求所包含，但是FreeRTOS维护者自己并没有使用。FreeRTOS不负责生成的newlib操作。用户必须熟悉newlib，并且必须提供必要存根的系统范围实现。请注意(在编写本文时)当前的newlib设计实现了一个必须提供锁的系统范围的malloc()。

如果在不使用newlib的情况下启用，CubeMx项目编译将失败(“无法打开源代码文件”reent.h”)

在这里插入图片描述

2.4 User Constants

用户常量，定义一些宏定义，一般不用

在这里插入图片描述

2.5 Tasks and Queues

用于添加任务和队列(系统已经默认添加了一个任务)：

在这里插入图片描述

2.6 Timers and Semaphores

软件定时器和信号量的一些配置：

在这里插入图片描述

2.7 Mutexes

互斥量的配置：

在这里插入图片描述

2.8 Events

事件标志组有关的选项，但是在有些型号上会没有这个栏目

2.9 FreeRTOS Heap Usage

FreeRTOS堆使用情况：

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