FreeRTOS系列第3篇---FreeRTOS移植指南

前言

FreeRTOS下載包中已經(jīng)包含很多演示例程- 每一個例程都是針對于：

1. 特定的微控制器；
2. 特定的開發(fā)工具（編譯器、調(diào)試器等等）；
3. 特定的硬件平臺（樣機(jī)或評估板）。

可以在官方網(wǎng)站首頁左側(cè)的樹形菜單 'Supported Devices' 中找到這些例程介紹。

可惜的是不可能為所有微控制器、編譯器和評估板提供演示例程。因此，官方提供的演示例程可能不完全符合你正在使用的開發(fā)平臺。本章描述如何通過修改或合并官方提供的演示例程，來滿足自己的開發(fā)平臺需求（包括微處理器和編譯器）。

修改一個現(xiàn)有的評估板例程，使之運(yùn)行到另一個同類評估板上，通常是比較簡單的，稍微復(fù)雜些的是跨編譯器移植。本文介紹這兩情況下的修改，只是對相似的平臺有效。然而，將FreeRTOS移植到一個全新的平臺、未支持的處理器架構(gòu)，并不是件簡單的事情。本文不討論如何將FreeRTOS移植到一個全新平臺。

1.修改例程使之運(yùn)行到不同評估板

本節(jié)描述如何通過修改一個官方提供的演示例程，使之運(yùn)行到另一個評估板，這里兩個評估板使用同系列微處理器，使用相同編譯器。在這個例子中，將運(yùn)行于SAM7S-EK硬件開發(fā)板上的IAR SAM7S演示例程，修改使之運(yùn)行到Olimex SAM7-P64開發(fā)板。（注：兩塊開發(fā)板都是使用ATMEL公司的ARM7微處理器，前者使用AT91SAM7S256，后者使用AT91SAM7S64）

1.1初始編譯

作為修改練習(xí)的起點，被修改的演示例程是要能使用的。因此，在未做任何修改之前，首先檢查下載的演示例程能否被正確的編譯。絕大多數(shù)情況下，演示例程編譯后是沒有任何錯誤和警告的。

關(guān)于演示例程所在目錄，參考《FreeRTOS系列第2篇---FreeRTOS入門指南》一文的第三節(jié)。

1.2修改LED IO端口

LED燈是用來指示演示例程運(yùn)行的最簡單方法，因此點亮新硬件平臺上的LED燈通常是最容易的。

兩個不同評估板上的LED連接到相同的IO端口通常是不太可能的，因此，一些小幅度修改是必須的。

在partest.c文件中的vParTestInitialise() 函數(shù)包含IO端口的模式和方向配置。在main.c文件中的prvSetupHardware()函數(shù)包含更多的硬件初始化（比如，使能IO外設(shè)的時鐘模塊），可能需要根據(jù)不同的使用進(jìn)行一些修改。

根據(jù)目標(biāo)評估板的硬件，在上面兩個函數(shù)中做必要的修改，然后寫一段簡單程序，來檢查硬件LED是否完好。這個簡單程序不使用FreeRTOS，只是為了確保硬件LED能夠正常工作。因此，注釋掉之前的main()函數(shù)，使用下面的例子代替：

int main( void )
{
    volatile unsigned long ul;   /* 禁止編譯器優(yōu)化此變量 */
    /* 初始化LED IO為輸出-注：prvSetupHardware()也可能會被調(diào)用*/
    vParTestInitialise();
    /*不斷開啟LED */
    for( ;; )
    {
        /* 我們暫時不使用RTOS，這里只是使用一個非常粗糙的延時*/
        for( ul = 0; ul < 0xfffff; ul++ )
        {
        }
        /* 開啟4個LED */
        vParTestToggleLED( 0 );
        vParTestToggleLED( 1 );
        vParTestToggleLED( 2 );
        vParTestToggleLED( 3 );
    }
    return 0;
}

1.3 RTOS調(diào)度器簡介

一旦確定硬件LED可以正常工作，就可以恢復(fù)原來的main()函數(shù)。

作為入門級的多任務(wù)應(yīng)用程序應(yīng)該盡量的簡單，LED閃爍測試程序常常擔(dān)任這樣的角色，可以堪比經(jīng)典的“Hello Wold”。這個任務(wù)幾乎在所有演示例程中都能看到，在main()函數(shù)中調(diào)用vStartLEDFlashTasks() （使用協(xié)程版本時調(diào)用vStartFlashCoRoutines()）來實現(xiàn)。如果你使用的演示例程main()函數(shù)中并沒有調(diào)用vStartLEDFlashTasks()（或vStartFlashCoRoutines()），那么需要你將FreeRTOS/Demo/Common/Minimal/Flash.c文件添加到你的工程，并在main()函數(shù)手動的增加vStartLEDFlashTasks()函數(shù)。

除了調(diào)用vStartLEDFlashTasks()外，注釋掉所有用于啟動一個或多個演示任務(wù)的函數(shù)。最后的main()函數(shù)僅調(diào)用三個函數(shù)：prvSetupHardware()、vStartLEDFlashTasks()和vTaskStartScheduler()。例如（基于典型的main()函數(shù)）：

int main( void )
{
    /* 設(shè)置用于演示的微控制器硬件 */
    prvSetupHardware();
    /* 留下這個函數(shù) */
    vCreateFlashTasks();
    /* 所有的其它創(chuàng)建任務(wù)的函數(shù)統(tǒng)統(tǒng)注釋掉
        vCreatePollQTasks();
        vCreateComTestTasks();
        //等等…
        xTaskCreate( vCheckTask,"check", STACK_SIZE, NULL, TASK_PRIORITY, NULL );
    */
    /*啟動RTOS調(diào)度器. */
    vTaskStartScheduler();
    /* 永遠(yuǎn)不會執(zhí)行到這里! */
    return 0;
}

這是一個非常簡單的應(yīng)用程序，正確執(zhí)行后，LED0~2（包括2）或分別按照不同的頻率閃爍。

1.4 收尾工作

一旦簡單的LED閃爍例程正確執(zhí)行后，你可以恢復(fù)之前注釋掉的所有的演示任務(wù)。

以下要點需牢記：

• 如果你使用的演示例程最初并沒有調(diào)用vTaskCreateFlashTasks()函數(shù)，而是手動的增加了這個函數(shù)，那么應(yīng)該再手動的刪除掉這個函數(shù)。主要有兩個方面的原因：第一是這個LED閃爍任務(wù)用到的IO可能也被演示例程的其它任務(wù)使用，第二是演示例程可能已經(jīng)占用了所有的RAM，已經(jīng)沒有空余RAM用來增加新的任務(wù)。
• 標(biāo)準(zhǔn)的“通訊測試（comtest）”（如果演示例程中有的話）任務(wù)使用到微控制器的一個UART外設(shè)。檢測硬件是可用的。
• 有些外設(shè)不進(jìn)行修改就想用于任何不同的硬件或接口是不可能的，比如LCD。

2.合并或修改官方演示工程

本節(jié)主要描述如何修改一個現(xiàn)存的工程或者按照需求合并兩個現(xiàn)存的工程。比如，你希望使用GCC編譯器創(chuàng)建一個STR9演示工程（demo project），并且你下載的FreeRTOS軟件包中并沒有GCC版本的STR9演示例程，但是FreeRTOS下載包中有IAR版本的STR9演示例程和GCC版本的STR75x演示例程。則可以通過這兩個現(xiàn)存的工程來創(chuàng)       建GCC版本的STR9演示工程。可以有兩種方式完成：

使用GCC版本的STR75x演示工程，修改使之符合指定的微處理器（STR9評估板上的微處理器）。

使用GCC創(chuàng)建一個新的工程。從IAR版本的STR9演示工程中獲取文件和配置信息，使之符合GCC編譯器需求。

2.1識別用于特定微控制器的FreeRTOS內(nèi)核文件

對于一個特定平臺，大多數(shù)（不是全部）硬件接口代碼包含在一個叫做FreeRTOS/source/portable/[編譯器]/[微控制器/port.c的文件中，和它對應(yīng)的頭文件是FreeRTOS/source/portable/[編譯器]/[微控制器]/portmacro.h。

對于一些編譯器來說，port.c和portmacro.h就是所需要的全部硬件接口代碼。另一些還需要一些匯編文件，這些文件叫做portasm.s或者portasm.asm。

最后，僅對于ARM7 GCC移植，同樣存在一個類似的硬件接口文件：portISR.c，portISR.c是從port.c中分離出來的，這些代碼必須在ARM模式下編譯，port.c中剩余的代碼既可以在ARM模式下編譯，也可在THUMB模式下編譯。

2.2識別用于特定編譯器的文件

編譯器可以為嵌入式系統(tǒng)提供某些特定的C語言擴(kuò)展。比如某個特定關(guān)鍵字可以標(biāo)識出一個函數(shù)是中斷處理服務(wù)函數(shù)。

擴(kuò)展的C語言部分，是不屬于標(biāo)準(zhǔn)C語言規(guī)范的。因此，編譯器與編譯器之間是有差別的。FreeRTOS的文件中就包含類似的非標(biāo)準(zhǔn)C語言語法，在文件夾FreeRTOS/source/portable中（上文中提到的特定微控制器硬件接口代碼也在這個文件中）。此外，一些演示例程會使用到中斷服務(wù)程序，這些中斷服務(wù)程序并不屬于FreeRTOS的一部分，并且如何定義和使用這些中斷服務(wù)程序也是編譯器所特定的。

2.3硬件底層文件

C啟動文件和鏈接腳本都屬于處理器和編譯器特定的。不推薦嘗試從無到有的創(chuàng)建這些文件，應(yīng)該到FreeRTOS演示工程中尋找一個合適的來修改。

要特別小心ARM7啟動文件。它必須將IRQ中斷服務(wù)程序入口地址配置到快速中斷處理向量表或者普通中斷向量表中。這兩種情況，演示工程都提供了例子。

鏈接腳本必須正確的描述當(dāng)前使用處理器的內(nèi)存映射。

2.4工程設(shè)置

每一個工程通常都會定義一些宏，這些預(yù)處理宏定義了一些要被編譯的特定的硬件接口代碼。要包含portmacro.h文件才能識別這些宏。比如，當(dāng)使用GCC編譯MegaAVR硬件接口代碼時，宏GCC_MEGA_AVR必須被定義；當(dāng)使用IAR編譯MegaAVR硬件接口代碼時，宏IAR_MEGA_AVR必須被定義等等。參考演示例程工程以及FreeRTOS/source/include/portable.h文件可以查找當(dāng)前工程定義了那些宏。如果預(yù)處理宏未定義，那么portmacro.h文件所在目錄的路徑必須被包含到預(yù)處理器的搜索路徑中。

其它的編譯器設(shè)置，比如優(yōu)化選項，也是很關(guān)鍵的?？梢詤⒖继峁┑难菔竟こ獭?/p>

具有IDE的編譯器通常具有目標(biāo)微控制器選項并將它作為工程設(shè)置的一部分，所以新的工程也必須適應(yīng)新的目標(biāo)微控制器，同樣的，如果使用到makefile文件，則makefile文件也必須更新以符合新的目標(biāo)微控制器。

2.5配置系統(tǒng)節(jié)拍時鐘中斷

調(diào)用函數(shù)prvSetupTimerInterrupt()來配置系統(tǒng)節(jié)拍中斷，這個函數(shù)可以在以下路徑的文件中找到：FreeRTOS/source/portable/[compiler]/[microcontroller]/port.c

2.6 RAM和ROM的使用

FreeRTOS內(nèi)存管理一章中描述了FreeRTOS如何使用RAM，并且描述了RAM是如何分配給RTOS內(nèi)核的。

如果你要將演示例程移植到一個RAM稍小的微處理器上，那么你可能需要減少configTOTAL_HEAP_SIZE的值（位于FreeRTOSConfig.h），并且減少演示例程的任務(wù)個數(shù)。可以通過簡單的注釋掉不需要的任務(wù)來實現(xiàn)。

如果你要將演示例程移植到一個ROM較小的微處理器中，那么你可能需要減少應(yīng)用例程的文件數(shù)目，他們位于FreeRTOS/Demo/common文件夾目錄下。同時你還要刪除main函數(shù)中對他們的調(diào)用函數(shù)。

注：可能你是通過搜索引擎找到這篇文章，滿懷希望的點進(jìn)來，以為能解決自己移植的所有問題，但是看完后卻發(fā)現(xiàn)本文站的角度太高，并不是特別適合對移植一無所知的你。先別急著以為本文是標(biāo)題黨而點踩，可能有一篇文章適合你，這篇文章以Cortex-M3硬件平臺為例，詳細(xì)的介紹移植過程，會在之后講到。