uc/OS-III多任务程序

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实验内容：学习嵌入式实时操作系统（RTOS）,以uc/OS为例，将其移植到stm32F103上，构建至少3个任务（task）:其中两个task分别以1s和3s周期对LED等进行点亮-熄灭的控制；另外一个task以2s周期通过串口发送“hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境！”

一、基于STM32CubeMX建立工程

配置RCC

image-20240602162456488

配置SYS

image-20240602162522453

配置PA6和PB10为GPIO_Output`

image-20240602163346679

image-20240602163533612

配置USART1

image-20240602165024102

生成代码

image-20240602165703354

image-20240602165743826

二、获取uC/OS-III源码

官网下载地址：https://www.silabs.com/developers/micrium

或者

链接：https://pan.baidu.com/s/1PnPjS9vrpwOgGgeXGtoZhw
提取码：9962
–来自百度网盘超级会员V1的分享

三、代码移植

1.复制uC/OS-III文件到工程文件夹

在项目中创建一个UCOSIII文件夹：

image-20240602170459611

将下载的源文件下的uC-CPU、uC-LIB、uCOS-III复制到该文件夹：

image-20240602170655720

在Src文件夹下新建一个OS文件夹

image-20240602171940035

将下载的源码中\EvalBoards\Micrium\uC-Eval-STM32F107\uCOS-III下的文件app.c 、 app_cfg.h 、 cpu_cfg.h 、 includes.h 、 lib_cfg.h 、 os_app_hooks.c 、os_app_hook.h、os_cfg.h、os_cfg_app.h复制到该OS文件夹中：

image-20240602172617130

新建三个空白文件： bsp.c、bsp.h、app.h:

image-20240602172919967

2.工程组件和头文件路径的添加

打开工程，添加一下六个组

image-20240602173520579

添加文件到分组

将Src/OS中的bsp.c 和 bsp.h文件添加至 bsp 组中，将 app.c 添加进 Application/User/Core 组中：

image-20240602175930638

将UCOSIII/uC-CPU中的cpu_core.c、cpu_core.h、cpu_def.h添加进uCOSIII_CPU组中，同时将UCOSIII/uC-CPU/ARM-Cortex-M3/RealView中的三个文件添加到该组：

image-20240602180156455

image-20240602180341853

将UCOSIII/uC-LIB中的9个文件添加到uCOSIII-LIB组中，同时将UCOSIII/uC-LIB/Ports/ARM-Cortex-M3/Realview中的lib_mem_a.asm添加到该组中：

image-20240602180701952

将UCOSIII/UcosIII/Ports/ARM-Cortex-M3/Generic/RealView中的3个文件添加的uCOSIII_Ports组中：

image-20240602180807984

将UCOSIII/UcosIII/Source中的20个文件添加到uCOSIII_Source组中：

image-20240602181036741

将Core/Src/OS中的以下图中的8个文件添加到OS_cfg组中

image-20240602181207526

image-20240602181243602

添加头文件路径

如图所示，添加头文件路径：

image-20240602201035527

3.文件内容的修改

启动文件

将启动文件下图中的PendSV_Handler和Systick_Handler改为OS_CPU_PendSVHandler和OS_CPU_SysTickHandler：

修改前：

image-20240602184118808

修改后：

image-20240602184245916

image-20240602184531167

app_cfg.h

修改前：

image-20240602184855185

image-20240602185149213

修改后：

image-20240602184953964

image-20240602185243763

includes.h

添加3个头文件：

#include "gpio.h"
#include "app_cfg.h"
#include "app.h"

image-20240602185402813

修改前:

image-20240602185513865

修改后:

#include "stm32f1xx_hal.h"

image-20240602185600121

bsp.c和bsp.h

bsp.c全部改为：

// bsp.c
#include "includes.h"

#define  DWT_CR      *(CPU_REG32 *)0xE0001000
#define  DWT_CYCCNT  *(CPU_REG32 *)0xE0001004
#define  DEM_CR      *(CPU_REG32 *)0xE000EDFC
#define  DBGMCU_CR   *(CPU_REG32 *)0xE0042004

#define  DEM_CR_TRCENA                   (1 << 24)
#define  DWT_CR_CYCCNTENA                (1 <<  0)

CPU_INT32U  BSP_CPU_ClkFreq (void)
{
    return HAL_RCC_GetHCLKFreq();
}

void BSP_Tick_Init(void)
{
	CPU_INT32U cpu_clk_freq;
	CPU_INT32U cnts;
	cpu_clk_freq = BSP_CPU_ClkFreq();
	
	#if(OS_VERSION>=3000u)
		cnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OSCfg_TickRate_Hz;
	#else
		cnts = cpu_clk_freq/(CPU_INT32U)OS_TICKS_PER_SEC;
	#endif
	OS_CPU_SysTickInit(cnts);
}



void BSP_Init(void)
{
	BSP_Tick_Init();
	MX_GPIO_Init();
}


#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
void  CPU_TS_TmrInit (void)
{
    CPU_INT32U  cpu_clk_freq_hz;


    DEM_CR         |= (CPU_INT32U)DEM_CR_TRCENA;                /* Enable Cortex-M3's DWT CYCCNT reg.                   */
    DWT_CYCCNT      = (CPU_INT32U)0u;
    DWT_CR         |= (CPU_INT32U)DWT_CR_CYCCNTENA;

    cpu_clk_freq_hz = BSP_CPU_ClkFreq();
    CPU_TS_TmrFreqSet(cpu_clk_freq_hz);
}
#endif


#if (CPU_CFG_TS_TMR_EN == DEF_ENABLED)
CPU_TS_TMR  CPU_TS_TmrRd (void)
{
    return ((CPU_TS_TMR)DWT_CYCCNT);
}
#endif


#if (CPU_CFG_TS_32_EN == DEF_ENABLED)
CPU_INT64U  CPU_TS32_to_uSec (CPU_TS32  ts_cnts)
{
	CPU_INT64U  ts_us;
  CPU_INT64U  fclk_freq;

 
  fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq();
  ts_us     = ts_cnts / (fclk_freq / DEF_TIME_NBR_uS_PER_SEC);

  return (ts_us);
}
#endif
 
 
#if (CPU_CFG_TS_64_EN == DEF_ENABLED)
CPU_INT64U  CPU_TS64_to_uSec (CPU_TS64  ts_cnts)
{
	CPU_INT64U  ts_us;
	CPU_INT64U  fclk_freq;


  fclk_freq = BSP_CPU_ClkFreq();
  ts_us     = ts_cnts / (fclk_freq / DEF_TIME_NBR_uS_PER_SEC);
	
  return (ts_us);
}
#endif

bsp.h:

// bsp.h
#ifndef  __BSP_H__
#define  __BSP_H__

#include "stm32f1xx_hal.h"

void BSP_Init(void);

#endif

由于我们使用了printf函数，需要在usart.c文件中添加以下代码完成printf重定向

//添加头文件#include "stdio.h"
/* USER CODE BEGIN 1 */
int fputc(int ch,FILE *f){
	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
	return ch;
}
/* USER CODE END 1 */
lib_cfg.h

加入宏定义：

#define  LIB_MEM_CFG_HEAP_SIZE          10u * 1024u

image-20240602190458280

app.c
#include "includes.h"
main.c

构建三个任务：

  • 本实验采用PA6口进行1s周期亮灭，PB10口3s周期亮灭,通过串口每两秒发送“hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境！”
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include <includes.h>


/* 任务优先级 */
#define START_TASK_PRIO		2
#define LED0_TASK_PRIO		3
#define LED1_TASK_PRIO		3
#define MSG_TASK_PRIO		  4

/* 任务堆栈大小	*/
#define START_STK_SIZE 		96
#define LED0_STK_SIZE 		64
#define LED1_STK_SIZE 		64
#define MSG_STK_SIZE 		  64

/*定义任务控制块*/
static OS_TCB StartTaskTCB;
static OS_TCB Led0TaskTCB;
static OS_TCB Led1TaskTCB;
static OS_TCB MsgTaskTCB;

/*定义任务堆栈*/
static CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];
static CPU_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];
static CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];
static CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE];
void SystemClock_Config(void);


/*声明用户任务*/
void start_task(void *p_arg);
static  void  led_PA6(void *p_arg);
static  void  send_msg(void *p_arg);
static  void  led_PB10(void *p_arg);

/*主函数*/
  int main(void)
{
	OS_ERR  err;
	OSInit(&err);
  HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	//MX_GPIO_Init(); 这个在BSP的初始化里也会初始化
  MX_USART1_UART_Init();	
	/* 创建任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB     *)&StartTaskTCB,                /* Create the start task                                */
				 (CPU_CHAR   *)"start task",
				 (OS_TASK_PTR ) start_task,
				 (void       *) 0,
				 (OS_PRIO     ) START_TASK_PRIO,
				 (CPU_STK    *)&START_TASK_STK[0],
				 (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE/10,
				 (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE,
				 (OS_MSG_QTY  ) 0,
				 (OS_TICK     ) 0,
				 (void       *) 0,
				 (OS_OPT      )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
				 (OS_ERR     *)&err);
	/* 启动多任务系统，控制权交给uC/OS-III */
	OSStart(&err);            /* Start multitasking (i.e. give control to uC/OS-III). */              
}
void start_task(void *p_arg)
{
	OS_ERR err;
	CPU_SR_ALLOC();
	p_arg = p_arg;
	
	/* YangJie add 2021.05.20*/
  BSP_Init();                                                   /* Initialize BSP functions */
  //CPU_Init();
  //Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module */

#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
   OSStatTaskCPUUsageInit(&err);  		//统计任务                
#endif
	
#ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN			//如果使能了测量中断关闭时间
    CPU_IntDisMeasMaxCurReset();	
#endif

#if	OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN  		//当使用时间片轮转的时候
	 //使能时间片轮转调度功能,时间片长度为1个系统时钟节拍，既1*5=5ms
	OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);  
#endif		
	
	OS_CRITICAL_ENTER();	//进入临界区
	/* 创建LED0任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led0TaskTCB,		
				 (CPU_CHAR	* )"led_PA6", 		
                 (OS_TASK_PTR )led_PA6, 			
                 (void		* )0,					
                 (OS_PRIO	  )LED0_TASK_PRIO,     
                 (CPU_STK   * )&LED0_TASK_STK[0],	
                 (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE/10,	
                 (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE,		
                 (OS_MSG_QTY  )0,					
                 (OS_TICK	  )0,					
                 (void   	* )0,					
                 (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                 (OS_ERR 	* )&err);		

/* 创建LED1任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led1TaskTCB,		
				 (CPU_CHAR	* )"led_PB10", 		
                 (OS_TASK_PTR )led_PB10, 			
                 (void		* )0,					
                 (OS_PRIO	  )LED1_TASK_PRIO,     
                 (CPU_STK   * )&LED1_TASK_STK[0],	
                 (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE/10,	
                 (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE,		
                 (OS_MSG_QTY  )0,					
                 (OS_TICK	  )0,					
                 (void   	* )0,					
                 (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                 (OS_ERR 	* )&err);										 
				 
	/* 创建MSG任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&MsgTaskTCB,		
				 (CPU_CHAR	* )"send_msg", 		
                 (OS_TASK_PTR )send_msg, 			
                 (void		* )0,					
                 (OS_PRIO	  )MSG_TASK_PRIO,     	
                 (CPU_STK   * )&MSG_TASK_STK[0],	
                 (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE/10,	
                 (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE,		
                 (OS_MSG_QTY  )0,					
                 (OS_TICK	  )0,					
                 (void   	* )0,				
                 (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, 
                 (OS_ERR 	* )&err);
				 
	OS_TaskSuspend((OS_TCB*)&StartTaskTCB,&err);		//挂起开始任务			 
	OS_CRITICAL_EXIT();	//进入临界区
}

static  void  led_PA6 (void *p_arg)
{
  OS_ERR      err;

  (void)p_arg;

  BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
  CPU_Init();

  Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */

#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
  OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
#endif

  CPU_IntDisMeasMaxCurReset();

                                             /* Create Application Objects                           */

  while (DEF_TRUE)
  {
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
static  void  led_PB10 (void *p_arg)
{
  OS_ERR      err;

  (void)p_arg;

  BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
  CPU_Init();

  Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */

#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
  OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
#endif

  CPU_IntDisMeasMaxCurReset();

 
  while (DEF_TRUE)
  {
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

static  void  send_msg (void *p_arg)
{
  OS_ERR      err;

  (void)p_arg;

  BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
  CPU_Init();

  Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */

#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
  OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
#endif

  CPU_IntDisMeasMaxCurReset();

                                              /* Create Application Objects                           */

  while (DEF_TRUE)
  {
			printf("hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境！ \r\n");
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL2;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}


void Error_Handler(void)
{
  
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT

void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  
}
#endif

效果如下：

555
345

总结

本次实验主要学习了stm32f103c8t6移植uC/OS-III操作系统的具体流程，并完成了多任务创建实现的实验要求。

参考资料：

STM32F103基于HAL库移植uC/OS-III_ucos iii + hal移植到正点原子-CSDN博客

【STM32】Keil5在编译过程中出现.cannot open source input file “xxx.h“: No such file or directory的问题_keil no such file or directory-CSDN博客

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