FreeRTOS 简单内核实现1 前言
0、写在前面为深入理解 RTOS 内核工作机制，笔者制作了名为 “FreeRTOS 内核简单实现” 的项目专栏 ，目标为自己动手从 0 到 1 编程一个简单的 RTOS 内核，从而实现任务并行工作的效果，主要实现了以下功能
[*]静态创建任务
[*]临界段保护
[*]支持任务多优先级
[*]任务阻塞延时
[*]时间片轮询
注意：
[*]本项目不是仿真，而是基于 STM32F407 开发板从 0 到 1 编程实现的 RTOS 简单内核，目前只在 Cortex-M4 内核 MCU 上进行了验证，最终会使用 GPIO 输出作为各种效果的演示，支持 Keil 与 CLion 两种开发环境，两者项目流程几乎一致，只是在汇编程序与工程配置上存在区别，不同之处会在教程中做明确说明
[*]本项目实现的 RTOS 时间基准使用了 SysTick，但 STM32 HAL 库的时间基准也为 SysTick ，因此可能存在潜在的问题，如果出现问题可以按照 “6、补充 - 更换 RTOS 时基” 小节所述修改完成的 RTOS 内核
1、参考资料
[*]FreeRTOS内核实现_忆昔z的博客-CSDN博客
[*]GitHub - aeneag/FreeRTOS_kernel: 深入理解FreeRTOS内核，从零开始实现内核
[*]FreeRTOS内核实现与应用开发实战指南
2、准备工作
2.1、STM32 空工程
参考 STM32CubeMX教程1 工程建立 文章创建一个 STM32F407VGT6 空工程
参考 STM32CubeMX教程2 GPIO输出 - 点亮LED灯 文章初始化 4 个 LED 灯用于对本项目实现的 RTOS 内核验证
注意：空工程中 NVIC 选择 4 位抢占优先级，并应将 SysTick 和 PendSV 中断设置为最低优先级
2.2、创建 RTOS 文件目录
工程根目录下创建一个 RTOS 目录，目录结构如下
[*]RTOS
[*]Inc
[*]FreeRTOS.h，用来包含 RTOS 所有的头文件
[*]FreeRTOSConfig.h，用来配置裁剪 RTOS 的功能
[*]list.h，双向链表数据结构头文件
[*]portMacro.h，用来统一 RTOS 中用到的类型和定义一些功能宏
[*]task.h，任务管理头文件
[*]Src
[*]list.c，双向链表数据结构源文件
[*]prot.c，用来定义与底层芯片架构有关的函数和中断服务函数
[*]task.c，任务管理源文件
如果使用 Keil 则需要将上面创建的文件添加到 Keil 工程中，并在设置中增加头文件路径，具体步骤如下图所示
如果使用的 CLion 需要在 CMakeLists_template.txt 模板文件中添加 RTOS 目录下的源文件目录和头文件目录，具体如下所示
// 增加头文件目录
include_directories(${includes} RTOS/Inc)
// 增加源文件目录
file(GLOB_RECURSE SOURCES ${sources} "RTOS/*.*")FreeRTOS.h
#ifndef INC_FREERTOS_H
#define INC_FREERTOS_H
#include "FreeRTOSConfig.h"
#include "portMacro.h"
#include "list.h"
#include "task.h"
// 如果后续编程提示找不到 __DSB() 等汇编，可添加该 MCU 头文件
#include "stm32f4xx_hal.h"
#endif //INC_FREERTOS_HFreeRTOSConfig.h、list.h、portMacro.h 和 task.h
// XXX 替换为对应头文件名称
#ifndef XXX_H
#define XXX_H
#include "FreeRTOS.h"
#endif //XXX_Hlist.c、prot.c 和 task.c
/*list.c*/
#include "list.h"
/*prot.c*/
#include "FreeRTOS.h"
/*task.c*/
#include "task.h"按照上述列出的文件添加内容，添加完成后编译整个工程应该不会有错误发生，之后将在各个文件中添加程序逐步实现 RTOS 简单内核
3、约定
整个专栏文章做如下约定
[*]代码段开头会添加该代码段中函数 / 定义所处的文件位置，如下所示代码段表示变量 xTickCount 应该在 task.c 文件中定义
/* task.c */
// 滴答定时器计数值
static volatile TickType_t xTickCount = (TickType_t)0U;
[*]请自行安排本专栏文章中各个代码段在工程文件中的位置
4、专栏目录
如下所示为 "FreeRTOS 简单内核实现" 专栏所有文章链接
[*]FreeRTOS 简单内核实现1 前言
[*]FreeRTOS 简单内核实现2 双向链表
[*]FreeRTOS 简单内核实现3 任务管理
[*]FreeRTOS 简单内核实现4 临界段
[*]FreeRTOS 简单内核实现5 阻塞延时
[*]FreeRTOS 简单内核实现6 优先级
[*]FreeRTOS 简单内核实现7 阻塞链表
[*]FreeRTOS 简单内核实现8 时间片轮询
5、项目仓库
项目 github 工程代码链接如下 FreeRTOS 简单内核实现，标 Star 防丢失！
6、补充 - 更换 RTOS 时基
首先，在 CubeMX 中设置任意 Timer 为 1ms 的周期定时器（你可以随意更改 RTOS 的心跳周期），具体可以参考 STM32CubeMX教程5 TIM 定时器概述及基本定时器 文章内容，笔者以 STM32F4 的 TIM6 为例子，注意在 NVIC 中勾选 TIM6 全局中断，抢占优先级为最低优先级 15
然后，修改 portMacro.h 中的 xPortSysTickHandler 宏定义
/* portMacro.h */
#define xPortSysTickHandler HAL_TIM_PeriodElapsedCallback其次，修改 port.c 中的 xPortSysTickHandler 函数
/* port.c */
// RTOS 时基中断处理
void xPortSysTickHandler(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim == &htim6)
{
// 关中断
vPortRaiseBASEPRI();
// 更新系统时基
if(xTaskIncrementTick() != pdFALSE)
{
taskYIELD();
}
// 开中断
vPortSetBASEPRI(0);
}
}最后，在 port.c 文件中启动调度器函数中 xPortStartScheduler() 启动 RTOS 的时基
/* port.c */
extern TIM_HandleTypeDef htim6;
// 启动调度器
BaseType_t xPortStartScheduler(void)
{
// 设置 PendSV 和 SysTick 中断优先级为最低
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_PENDSV_PRI;
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_SYSTICK_PRI;
// 初始化 RTOS 时基
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);
// 启动第一个任务，不再返回
prvStartFirstTask();
// 正常不会运行到这里
return 0;
}
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