stm32多任务程序设计

学习嵌入式实时操作系统（RTOS）,以uc/OS-III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！”。记录详细的移植过程。

一、准备工作

1. 开发环境：

2. 安装 Keil μVision 或其他支持 STM32 开发的 IDE（如 IAR EWARM）。
3. 确保安装了 STM32F103 的支持包，包括相应的编译器和调试工具。

4. 获取 μC/OS-III 源码：

5. 从 Micrium 官方网站下载 μC/OS-III 的源码。

6. 硬件准备：

7. STM32F103 开发板（如 STM32F103C8T6）。
8. LED 连接到合适的 GPIO 引脚（例如 PA5）。
9. 确保串口连接（例如 USART1，PA9 为 TX，PA10 为 RX）。

二、创建项目

1. 新建 Keil 项目：

2. 打开 Keil μVision，创建一个新的 STM32F103 项目。
3. 选择 STM32F103C8T6 作为目标设备。

4. 添加 μC/OS-III 源码：

5. 将 μC/OS-III 源码添加到项目目录中。
6. 在项目中添加 μC/OS-III 的源文件和头文件，包括 os_core.c, os_flag.c, os_task.c 等文件及其相应的头文件。

三、移植 μC/OS-III

1. 修改 os_cfg.h：

2. 打开 os_cfg.h 文件，根据项目需求配置 μC/OS-III 的特性，例如：

#define OS_CFG_APP_HOOKS_EN           1u
#define OS_CFG_SCHED_LOCK_TIME_MEAS_EN 1u
#define OS_CFG_STAT_TASK_EN         1u
#define OS_CFG_STAT_TASK_STK_CHK_EN  1

1. 这些配置可以启用或禁用某些 μC/OS-III 的功能，根据需要进行调整。

2. 修改 os_cpu.h：

3. 对于 STM32F103，需要设置正确的 CPU 类型和数据类型大小，例如：

#define CPU_CFG_NAME_EN DEF_ENABLED

#define CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN DEF_DISABLED

#define CPU_CFG_CRITICAL_METHOD 3u

这里 CPU_CFG_CRITICAL_METHOD 表示临界区保护的方法，3 表示使用 __disable_irq() 和 __enable_irq() 函数。

1. 修改 os_cpu_a.asm（汇编文件）：

2. 这个文件包含了一些与 CPU 相关的汇编代码，如上下文切换等。对于 STM32F103，需要确保以下几点：
3. 实现 OSStartHighRdy() 函数，用于启动最高优先级任务。
4. 实现 OSCtxSw() 函数，用于任务切换。
5. 实现 OSIntCtxSw() 函数，用于中断时的任务切换。

四、编写 BSP（板级支持包）代码

1. 初始化系统时钟：

2. 编写 bsp.c 和 bsp.h 文件，在 bsp.c 中实现系统时钟初始化函数，

#include "bsp.h"
#include "stm32f10x.h"

void BSP_Init(void)
{
    SystemInit();
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
}

GPIO 初始化：

初始化用于控制 LED 的 GPIO 引脚，例如：

void BSP_LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}

串口初始化：

初始化 USART1 用于发送数据

void BSP_USART1_Init(void)
{
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

五、创建任务

1. 定义任务函数：

2. 创建三个任务函数，分别控制 LED 和发送串口数据

#include "os.h"
#include "bsp.h"

void Task1(void *p_arg)
{
    while (1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0); // 1s 延时
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0); // 1s 延时
    }
}

void Task2(void *p_arg)
{
    while (1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0); // 3s 延时
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5);
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0); // 3s 延时
    }
}

void Task3(void *p_arg)
{
    while (1)
    {
        char *msg = "hello uc/OS! 欢迎来到 RTOS 多任务环境！\n";
        for (int i = 0; msg[i]!= '\0'; i++)
        {
            while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
            USART_SendData(USART1, msg[i]);
        }
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0); // 2s 延时
    }
}

创建任务启动函数：

在 main 函数中创建并启动任务

#include "os.h"
#include "bsp.h"

int main(void)
{
    OS_ERR err;
    BSP_Init();
    BSP_LED_Init();
    BSP_USART1_Init();

    OSInit(&err);
    if (err!= OS_ERR_NONE)
    {
        while (1);
    }

    OSTaskCreate((OS_TCB *)0,
                (CPU_CHAR *)"Task1",
                (OS_TASK_PTR)Task1,
                (void *)0,
                (OS_PRIO)1,
                (CPU_STK *)&Task1Stk[0],
                (CPU_STK_SIZE)Task1StkSize / 10,
                (CPU_STK_SIZE)Task1StkSize,
                (OS_MSG_QTY)0,
                (OS_TICK)0,
                (void *)0,
                (OS_OPT)(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
                (OS_ERR *)&err);

    OSTaskCreate((OS_TCB *)0,
                (CPU_CHAR *)"Task2",
                (OS_TASK_PTR)Task2,
                (void *)0,
                (OS_PRIO)2,
                (CPU_STK *)&Task2Stk[0],
                (CPU_STK_SIZE)Task2StkSize / 10,
                (CPU_STK_SIZE)Task2StkSize,
                (OS_MSG_QTY)0,
                (OS_TICK)0,
                (void *)0,
                (OS_OPT)(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
                (OS_ERR *)&err);

    OSTaskCreate((OS_TCB *)0,
                (CPU_CHAR *)"Task3",
                (OS_TASK_PTR)Task3,
                (void *)0,
                (OS_PRIO)3,
                (CPU_STK *)&Task3Stk[0],
                (CPU_STK_SIZE)Task3StkSize / 10,
                (CPU_STK_SIZE)Task3StkSize,
                (OS_MSG_QTY)0,
                (OS_TICK)0,
                (void *)0,
                (OS_OPT)(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
                (OS_ERR *)&err);

    OSStart(&err);
    while (1);
}

六、配置和编译

1. 配置项目：

2. 在 Keil 中配置项目，确保包含正确的头文件路径和库文件。
3. 配置编译器选项，如优化级别、调试信息等。

具体操作过程：

 

准备uCOSIII源码
进入官网下载：http://micrium.com/downloadcenter/

或链接：https://pan.baidu.com/s/10RqsDRecbmVteWmDv2oUNQ
提取码：1234

网盘下载，打开目录如下（文件夹uC-BSP和uC-CONFIG是自己新建的两个文件夹）

移植前准备

1.为uC-BSP文件夹新建bsp.c和bsp.h文件

2.给文件夹uC-CONFIG添加以下文件（从以下路径复制过来）

 3.将uCOS相关文件复制到HAL工程的MDK-ARM文件夹下

 

开始移植

回到Keil打开的HAL工程

 

分别给新增的文件夹添加文件

点击CPU–>Add Files…，选中以下文件，Add

 

 

 

bsp.h 

// bsp.h
#ifndef  __BSP_H__
#define  __BSP_H__

#include "stm32f1xx_hal.h"

void BSP_Init(void);

#endif
 

bsp.c

// 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
 

3.修改main.c文件代码

/* USER CODE END Header */
/* Includes ——————————————————————*/
#include "main.h"
#include "gpio.h"
#include "usart.h"
/* Private includes ———————————————————-*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <includes.h>
#include "stm32f1xx_hal.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef ———————————————————–*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ————————————————————*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* 任务优先级 */
#define START_TASK_PRIO        3
#define LED0_TASK_PRIO        4
#define MSG_TASK_PRIO        5

/* 任务堆栈大小    */
#define START_STK_SIZE         64
#define LED0_STK_SIZE         64
#define MSG_STK_SIZE         64//任务堆大小过大会报错，可以试着改小一点

/* 任务栈 */    
CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];
CPU_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];
CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE];
/* 任务控制块 */
OS_TCB StartTaskTCB;
OS_TCB Led0TaskTCB;
OS_TCB MsgTaskTCB;
/* USER CODE END PD */

/* Private macro ————————————————————-*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ———————————————————*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* 任务函数定义 */
void start_task(void *p_arg);
static  void  AppTaskCreate(void);
static  void  AppObjCreate(void);
static  void  led_pc13(void *p_arg);
static  void  send_msg(void *p_arg);
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes ———————————————–*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ———————————————————*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  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_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
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_pc13",         
                 (OS_TASK_PTR )led_pc13,             
                 (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     * )&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
}
/**
  * 函数功能: 启动任务函数体。
  * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
static  void  led_pc13 (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();

  AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */

  AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */

  while (DEF_TRUE)
  {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 500,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 500,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();

  AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */

  AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */

  while (DEF_TRUE)
  {
            printf("hello world \r\n");
        OSTimeDlyHMSM(0, 0, 0, 500,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */

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

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * 函数功能: 创建应用任务
  * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
static  void  AppTaskCreate (void)
{
  
}

/**
  * 函数功能: uCOSIII内核对象创建
  * 输入参数: 无
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
static  void  AppObjCreate (void)
{

}

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */

  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{ 
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

参考链接：

https://blog.csdn.net/qq_45659777/article/details/121570886

https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/121441622

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作者：₩﹎