如何将ThreadX移植到STM32平台

CHANBAEK 2022-12-14 1643

描述

现在一些小型系统中也往往有多任务处理的需求，这就为实时操作系统提供了用武之地。事实上国内外各种各样的RTOS有很多，而且基本都在走开源的路线，ThreadX也不例外，在这一篇中我们就来学习ThreadX初步应用并将其移植到STM32平台中。

1 、前期准备

在开始将ThreadX一直到STM32平台之间我们需要做一些前期准备。首先我们需要准备一个硬件平台，这次我们采用STM32F407IG控制单元来作为目标平台。其次我们需要准备一个该硬件平台下可以正常运行的裸机项目。这两点其实我们都已经具备了。

最主要的我们需要获得ThreadX的源码，这是我们移植它的基础。ThreadX的源码已经开源到Github上，其地址为：https://github.com/azure-rtos/threadx，直接下载源码就可以了。目前发布的最新版本是6.0.1，在我们的移植中我们使用6.0.0的版本来实现。

2 、系统移植

首先我们先来了解一下获得的ThreadX源码。解压下载下来的压缩包，其包含有以下文件及文件夹，我们先来具体看一看都有哪些文件，如下图

STM32

上图中一目了然，无需做太多解释。我们需要用到的文件主要存放在common文件夹和ports文件夹。其中common文件夹存放的是内核源码，ports文件夹存放的是不同平台的接口文件。我们的硬件采用的是STM32F407IG，软件开发环境用的是IAR EWARM，所以我们选择ports文件夹下cortex_m4下的IAR文件夹中的接口文件。

接下来我们需要在项目中添加ThreadX的相关源码文件。所以我们在项目下添加ThreadX组、并在ThreadX组下添加Source和Ports两个组用于添加文件。并将common文件夹和ports文件夹中的文件添加到对应的分组。如下所示：

STM32

然后要在项目属性中为编译器指定头文件的引用路径，主要是内核函数的头文件以及接口文件的头文件两个路径，在我们这个项目中配置如下：

PROJ_DIR....\\ThreadX\\common\\inc

PROJ_DIR....\\ThreadX\\ports\\cortex_m4\\iar\\inc

事实上到这了，我们已经完成了对ThreadX内核文件以及接口文件的移植，但现在ThreadX不会运行，我们还需要做一些工作。我们要将内核与主函数联系起来，首先我们要在调用内核的地方添加头文件“tx_api.h”，我们这里将其添加到主函数文件中。

然后有两个函数我们需要处理，分别是：tx_kernel_enter和tx_application_define，这两个函数在头文件“tx_api.h”中被声明。tx_kernel_enter实际是一个宏，真正的函数是_tx_initialize_kernel_enter，用于启动内核，这个函数需要我们在主函数中调用。而tx_application_define函数只有声明没有实现，在_tx_initialize_kernel_enter函数中被调用，用于任务的创建。这个函数的实现是我们的主要工作，后续将详细说明。

3 、任务实现

我们已经说过了tx_application_define用于任务的创建，它的具体内容需要我们来实现，接下来我们就来实现tx_application_define这个函数。

我们先来规划一下我们将要实现的内容。我们计划实现5个任务，包括启动任务、红灯闪烁任务、绿灯闪烁任务、空闲任务及统计任务。其中为启动任务用于初始化一些配置并执行一些如系统心跳、看门狗之类的工作；用于红灯闪烁任务和绿灯闪烁任务用于实现我们要操作的指示灯控制；空闲任务在其他任务不运行时其运行，优先级最低。统计任务再次我们实现系统空闲率的统计。接下来我们就按此思路来实现之。

/*tx_application_define函数实现*/
void tx_application_define(void *first_unused_memory)
{
 /**************创建启动任务*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskStartTCB,              /* 任务控制块地址 */  
               "App Task Start",             /* 任务名 */
               AppTaskStart,                  /* 启动任务函数地址 */
               0,                             /* 传递给任务的参数 */
               &AppTaskStartStk[0],           /* 堆栈基地址 */
               APP_CFG_TASK_START_STK_SIZE,  /* 堆栈空间大小 */ 
               APP_CFG_TASK_START_PRIO,      /* 任务优先级*/
               APP_CFG_TASK_START_PRIO,      /* 任务抢占阀值 */
               TX_NO_TIME_SLICE,              /* 不开启时间片 */
               TX_AUTO_START);                /* 创建后立即启动 */
 
 /**************创建红灯闪烁任务*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskRedLedTCB,           /* 任务控制块地址 */
               "App Msp Pro",                /* 任务名 */
               AppTaskRedLED,              /* 启动任务函数地址 */
               0,                           /* 传递给任务的参数 */
               &AppTaskMsgProStk[0],       /* 堆栈基地址 */
               APP_CFG_TASK_RedLED_STK_SIZE,  /* 堆栈空间大小 */
               APP_CFG_TASK_REDLED_PRIO,      /* 任务优先级*/
               APP_CFG_TASK_REDLED_PRIO,     /* 任务抢占阀值 */
               TX_NO_TIME_SLICE,               /*不开启时间片 */
               TX_AUTO_START);                /* 创建后立即启动 */
 
 /**************创建绿灯闪烁任务*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskGreenLEDTCB,        /* 任务控制块地址 */
               "App Task UserIF",             /* 任务名 */
               AppTaskGreenLED,             /* 启动任务函数地址 */
               0,                         /* 传递给任务的参数 */
               &AppTaskUserIFStk[0],        /* 堆栈基地址 */
               APP_CFG_TASK_GreenLED_STK_SIZE, /* 堆栈空间大小 */
               APP_CFG_TASK_GREENLED_PRIO,     /* 任务优先级*/
               APP_CFG_TASK_GREENLED_PRIO,   /* 任务抢占阀值 */
               TX_NO_TIME_SLICE,               /*不开启时间片 */
               TX_AUTO_START);             /* 创建后立即启动 */
 
 /**************创建统计任务*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskStatTCB,               /* 任务控制块地址 */   
                  "App Task STAT",             /* 任务名 */
                  AppTaskStat,                  /* 启动任务函数地址 */
                  0,                           /* 传递给任务的参数 */
                  &AppTaskStatStk[0],          /* 堆栈基地址 */
                  APP_CFG_TASK_STAT_STK_SIZE,  /* 堆栈空间大小 */ 
                  APP_CFG_TASK_STAT_PRIO,      /* 任务优先级*/
                  APP_CFG_TASK_STAT_PRIO,     /* 任务抢占阀值 */
                  TX_NO_TIME_SLICE,            /* 不开启时间片 */
                  TX_AUTO_START);             /* 创建后立即启动 */
 
 /**************创建空闲任务*********************/
 tx_thread_create(&AppTaskIdleTCB,               /* 任务控制块地址 */   
                  "App Task IDLE",             /* 任务名 */
                  AppTaskIDLE,               /* 启动任务函数地址 */
                  0,                          /* 传递给任务的参数 */
                  &AppTaskIdleStk[0],         /* 堆栈基地址 */
                  APP_CFG_TASK_IDLE_STK_SIZE,  /* 堆栈空间大小 */
                  APP_CFG_TASK_IDLE_PRIO,       /* 任务优先级*/
                  APP_CFG_TASK_IDLE_PRIO,     /* 任务抢占阀值 */
                  TX_NO_TIME_SLICE,           /* 不开启时间片 */
                  TX_AUTO_START);            /* 创建后立即启动 */
}

我们实现了tx_application_define函数，在其中创建了任务，理所当然我们还需要实现相应的任务函数。

/*系统启动任务*/
static void  AppTaskStart (ULONGthread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  /* 任务统计前先挂起其它任务 */
 tx_thread_suspend(&AppTaskRedLedTCB);
 tx_thread_suspend(&AppTaskGreenLEDTCB);
 
 OSStatInit();
 
  /* 任务统计完毕后，恢复其它任务 */      
 tx_thread_resume(&AppTaskRedLedTCB);
 tx_thread_resume(&AppTaskGreenLEDTCB);
 
  /* 内核开启后，恢复HAL里的时间基准 */
 HAL_ResumeTick();
 
  while (1)
  { 
   sysHeartBeat++;
   tx_thread_sleep(1000);
  }
}
 
/*红灯闪烁控制*/
static void AppTaskRedLED(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(1)
  {
   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOI,GPIO_PIN_8);
   tx_thread_sleep(500);
  }  
}
 
/*绿灯闪烁控制*/
static void AppTaskGreenLED(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(1)
  {       
   
   HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_13);
   tx_thread_sleep(2000);
  }
}
 
/*统计任务函数*/
static void AppTaskStat(ULONG thread_input)
{
 (void)thread_input;
 
  while(OSStatRdy == false)
  {
   tx_thread_sleep(200);     /* 等待统计任务就绪 */
  }
 
 OSIdleCtrMax /= 100uL;
  if(OSIdleCtrMax == 0uL)
  {
   OSCPUUsage = 0u;
  }
 
  OSIdleCtr= OSIdleCtrMax * 100uL;  /* 设置初始CPU利用率 0% */
 
  for (;;)
  {
   OSIdleCtrRun = OSIdleCtr;    /* 获得100ms内空闲计数 */
   OSIdleCtr    = 0uL;          /* 复位空闲计数 */
   OSCPUUsage   = (100uL -(float)OSIdleCtrRun / OSIdleCtrMax);
   tx_thread_sleep(100);        /* 每100ms统计一次 */
  }
}
 
/*空闲任务函数*/
static void AppTaskIDLE(ULONG thread_input)
{    
 TX_INTERRUPT_SAVE_AREA
   
   (void)thread_input;
 
  while(1)
  {
   TX_DISABLE
     OSIdleCtr++;
   TX_RESTORE
  }                                                                                                                
}

实现了上面这些函数后，我们一个基于ThreadX的最基础的系统就建立起来了，对于更复杂的系统也没有问题，其实现的基本思路也是与此相同的。

4 、最后测试

完成前述的全部内容后，我们编译下载到目标平台，两个指示灯按照我们的预期正常闪烁，说明的们的移植是成功的。

事实上ThreadX的移植相对简单，接下来我们总结一下移植ThreadX的步骤。我们觉得大体可分为如下过程进行：

首先，将ThreadX的文件及引用，包括内核文件和接口文件，添加到我们的项目中，并做好相关的项目配置。

其次，将 tx_api.h 文件包含于所有使用 ThreadX 服务和数据结构的应用程序。如前面我们将其包含在主函数文件中。

然后，在主函数中调用 tx_kernel_enter函数以达到启动ThreadX内核的目的。如果没有经过ThreadX特定的初始化，可以通过增加其优先权而进入到内核中。

再其次，建立 tx_application_define 函数。这是初始系统资源创建的地方。这些资源包括线程、队列、内存缓冲池、事件标志组以及信号。

最后，编译下载到目标平台测试。

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