STM32H7移植ThreadX-基於MDK5.3x

zzssdd2發表於2020-12-05
thread

一、前言

在uCOS全家桶宣佈開源之後被微軟收購的ThreadX也開源了，真是喜大普奔，對於我們這些嵌入式行業從業者來說，能夠學習這些高含金量的程式碼對於眼界的開拓和能力的提升都是很有幫助的。ThreadX還包含了NETX、GUIX、FILEX、USBX等豐富的元件，幾乎包含了嵌入式開發中的所有場景，這些元件和ThreadX-RTOS能夠完美的配合完成一條龍的開發。ThreadX的github地址：[Azure RTOS (github.com)]:

二、準備

ThreadX在更新了幾個版本之後已經提供了多個平臺的移植埠，包括AC5、AC6、GCC、IAR，現在可以更方便地移植到各編譯器平臺了。本次移植是在STM32H743 + MDK-AC6 + ThreadX6.1.2下完成。首先使用STM32CubeMX新建一個工程，配置了LED、KEY、UART，然後將下載的ThreadX放在同一工程下（移植用到common和ports/cortex_m7/ac6下的檔案）。

三、配置

1、新增檔案及引數

  • 工程新增ThreadX/Port、ThreadX/Src分組，ThreadX/Portf組中新增ports/cortex_m7/ac6/src目錄下所有檔案以及ports\cortex_m7\ac6\example_build\sample_threadx目錄下的tx_initialize_low_level.S檔案； ThreadX/Src組中新增threadx\common\src下所有檔案。新增完成如下圖所示：

  • 在這裡插入圖片描述

  • 配置工程巨集定義引數和檔案包含路徑如下所示。

在這裡插入圖片描述

其中USE_HAL_DRIVER和STM32H743xx是使用HAL庫建立工程需要包含的定義，TX_ENABLE_FPU_SUPPORT是使能ThreadX的浮點運算支援需要定義的，在readme_threadx.txt文件中有如下描述：

If saving the context of the FPU registers
is needed, the ThreadX library should be re-built with TX_ENABLE_FPU_SUPPORT defined.

當然要正確的使用硬體浮點運算功能還應該開啟MDK中的如下配置：
在這裡插入圖片描述

2、修改適配檔案

主要是對tx_initialize_low_level.S檔案進行修改，該檔案作用是初始化棧地址和向量表、配置系統心跳節拍、配置部分中斷優先順序、定義部分中斷處理函式。但是其中有些工作在STM32H743的啟動檔案startup_stm32h743xx.s中已經做了，而STM32啟動檔案所實現的一些功能這個檔案又沒有實現。因為該檔案是針對cortex_m7核心晶片做的，沒有針對具體某一款晶片，所以沒有STM32的啟動檔案實現的功能完善，因此不能替代啟動檔案。這裡的修改方法是不動STM32啟動檔案，修改tx_initialize_low_level.S檔案，在此提供兩種修改方案：1、根據衝突修改tx_initialize_low_level.S檔案內容；2、將tx_initialize_low_level.S檔案改為C語言實現（STM32啟動檔案已經實現的不管，只需將ThreadX需要配置的功能用C實現）。

  • 方案1修改後內容如下（修改處已標註）：

    @/**************************************************************************/
@/*                                                                        */
@/*       Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved.        */
@/*                                                                        */
@/*       This software is licensed under the Microsoft Software License   */
@/*       Terms for Microsoft Azure RTOS. Full text of the license can be  */
@/*       found in the LICENSE file at https://aka.ms/AzureRTOS_EULA       */
@/*       and in the root directory of this software.                      */
@/*                                                                        */
@/**************************************************************************/
@
@
@/**************************************************************************/
@/**************************************************************************/
@/**                                                                       */
@/** ThreadX Component                                                     */
@/**                                                                       */
@/**   Initialize                                                          */
@/**                                                                       */
@/**************************************************************************/
@/**************************************************************************/
@
@
    .global     _tx_thread_system_stack_ptr
    .global     _tx_initialize_unused_memory
    .global     _tx_timer_interrupt
    .global     __main
    .global     __tx_SVCallHandler
    .global     __tx_PendSVHandler
    .global     __tx_NMIHandler                     @ NMI
    .global     __tx_BadHandler                     @ HardFault
    .global     __tx_SVCallHandler                  @ SVCall
    .global     __tx_DBGHandler                     @ Monitor
    .global     __tx_PendSVHandler                  @ PendSV
    .global     __tx_SysTickHandler                 @ SysTick
    .global     __tx_IntHandler                     @ Int 0
@
@
SYSTEM_CLOCK      =   480000000						@---modify by user(系統頻率)
SYSTICK_CYCLES    =   ((SYSTEM_CLOCK / 1000) -1)	@---modify by user(時鐘節拍)

    .text 32
    .align 4
    .syntax unified
@/**************************************************************************/
@/*                                                                        */
@/*  FUNCTION                                               RELEASE        */
@/*                                                                        */
@/*    _tx_initialize_low_level                          Cortex-M7/AC6     */
@/*                                                           6.1          */
@/*  AUTHOR                                                                */
@/*                                                                        */
@/*    William E. Lamie, Microsoft Corporation                             */
@/*                                                                        */
@/*  DESCRIPTION                                                           */
@/*                                                                        */
@/*    This function is responsible for any low-level processor            */
@/*    initialization, including setting up interrupt vectors, setting     */
@/*    up a periodic timer interrupt source, saving the system stack       */
@/*    pointer for use in ISR processing later, and finding the first      */
@/*    available RAM memory address for tx_application_define.             */
@/*                                                                        */
@/*  INPUT                                                                 */
@/*                                                                        */
@/*    None                                                                */
@/*                                                                        */
@/*  OUTPUT                                                                */
@/*                                                                        */
@/*    None                                                                */
@/*                                                                        */
@/*  CALLS                                                                 */
@/*                                                                        */
@/*    None                                                                */
@/*                                                                        */
@/*  CALLED BY                                                             */
@/*                                                                        */
@/*    _tx_initialize_kernel_enter           ThreadX entry function        */
@/*                                                                        */
@/*  RELEASE HISTORY                                                       */
@/*                                                                        */
@/*    DATE              NAME                      DESCRIPTION             */
@/*                                                                        */
@/*  09-30-2020     William E. Lamie         Initial Version 6.1           */
@/*                                                                        */
@/**************************************************************************/
@VOID   _tx_initialize_low_level(VOID)
@{
    .global  _tx_initialize_low_level
    .thumb_func
_tx_initialize_low_level:
@
@    /* Disable interrupts during ThreadX initialization.  */
@
    CPSID   i
@
@    /* Set base of available memory to end of non-initialised RAM area.  */
@
    LDR     r0, =_tx_initialize_unused_memory       @ Build address of unused memory pointer
    LDR     r1, =__initial_sp						@ Image$$ARM_LIB_STACKHEAP$$ZI$$Limit @ Build first free address		---modify by user
    ADD     r1, r1, #4                              @
    STR     r1, [r0]                                @ Setup first unused memory pointer
@
@    /* Setup Vector Table Offset Register.  */
@
    MOV     r0, #0xE000E000                         @ Build address of NVIC registers
    LDR     r1, =__Vectors							@ vector_table                       @ Pickup address of vector table	---modify by user
    STR     r1, [r0, #0xD08]                        @ Set vector table address
@
@    /* Set system stack pointer from vector value.  */
@
    LDR     r0, =_tx_thread_system_stack_ptr        @ Build address of system stack pointer
    LDR     r1, =__Vectors							@ vector_table                       @ Pickup address of vector table	---modify by user
    LDR     r1, [r1]                                @ Pickup reset stack pointer
    STR     r1, [r0]                                @ Save system stack pointer
@
@    /* Enable the cycle count register.  */
@
    LDR     r0, =0xE0001000                         @ Build address of DWT register
    LDR     r1, [r0]                                @ Pickup the current value
    ORR     r1, r1, #1                              @ Set the CYCCNTENA bit
    STR     r1, [r0]                                @ Enable the cycle count register
@
@    /* Configure SysTick for 100Hz clock, or 16384 cycles if no reference.  */
@
    MOV     r0, #0xE000E000                         @ Build address of NVIC registers
    LDR     r1, =SYSTICK_CYCLES
    STR     r1, [r0, #0x14]                         @ Setup SysTick Reload Value
    MOV     r1, #0x7                                @ Build SysTick Control Enable Value
    STR     r1, [r0, #0x10]                         @ Setup SysTick Control
@
@    /* Configure handler priorities.  */
@
    LDR     r1, =0x00000000                         @ Rsrv, UsgF, BusF, MemM
    STR     r1, [r0, #0xD18]                        @ Setup System Handlers 4-7 Priority Registers

    LDR     r1, =0xFF000000                         @ SVCl, Rsrv, Rsrv, Rsrv
    STR     r1, [r0, #0xD1C]                        @ Setup System Handlers 8-11 Priority Registers
                                                    @ Note: SVC must be lowest priority, which is 0xFF

    LDR     r1, =0x40FF0000                         @ SysT, PnSV, Rsrv, DbgM
    STR     r1, [r0, #0xD20]                        @ Setup System Handlers 12-15 Priority Registers
                                                    @ Note: PnSV must be lowest priority, which is 0xFF
@
@    /* Return to caller.  */
@
    BX      lr
@}
@

@/* Define shells for each of the unused vectors.  */
@
    .global  __tx_BadHandler
    .thumb_func
__tx_BadHandler:
    B       __tx_BadHandler

@ /* added to catch the hardfault */

    .global  __tx_HardfaultHandler
    .thumb_func
__tx_HardfaultHandler:
    B       __tx_HardfaultHandler


@ /* added to catch the SVC */

    .global  __tx_SVCallHandler
    .thumb_func
__tx_SVCallHandler:
    B       __tx_SVCallHandler


@ /* Generic interrupt handler template */
    .global  __tx_IntHandler
    .thumb_func
__tx_IntHandler:
@ VOID InterruptHandler (VOID)
@ {
    PUSH    {r0, lr}
#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY
    BL      _tx_execution_isr_enter             @ Call the ISR enter function
#endif

@    /* Do interrupt handler work here */
@    /* BL <your C Function>.... */

#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY
    BL      _tx_execution_isr_exit              @ Call the ISR exit function
#endif
    POP     {r0, lr}
    BX      LR
@ }

@ /* System Tick timer interrupt handler */
    .global  __tx_SysTickHandler
    .global  SysTick_Handler
    .thumb_func
__tx_SysTickHandler:
    .thumb_func
SysTick_Handler:
@ VOID TimerInterruptHandler (VOID)
@ {
@
    PUSH    {r0, lr}
#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY
    BL      _tx_execution_isr_enter             @ Call the ISR enter function
#endif
    BL      _tx_timer_interrupt
#ifdef TX_ENABLE_EXECUTION_CHANGE_NOTIFY
    BL      _tx_execution_isr_exit              @ Call the ISR exit function
#endif
    POP     {r0, lr}
    BX      LR
@ }


@ /* NMI, DBG handlers */
    .global  __tx_NMIHandler
    .thumb_func
__tx_NMIHandler:
    B       __tx_NMIHandler

    .global  __tx_DBGHandler
    .thumb_func
__tx_DBGHandler:
    B       __tx_DBGHandler

  • 方案2修改內容如下（工程中用該檔案tx_initialize_low_level.C替換tx_initialize_low_level.S檔案）

    #include "stm32h7xx_hal.h"
#include "tx_api.h"


static const uint32_t SYSTEM_CLOCK      =   480000000;
static const uint32_t SYSTICK_CYCLES    =   ((SYSTEM_CLOCK / 1000) -1);


extern void  _tx_timer_interrupt(void);	/*in "tx_timer_interrupt.S" file*/


void   _tx_initialize_low_level(void)
{
	/* Disable interrupts during ThreadX initialization.  */
	__set_PRIMASK(1);
	
	/* Configure SysTick for 1000Hz clock, or 16384 cycles if no reference.  */
    SysTick_Config(SYSTICK_CYCLES);
    
    /* Configure handler priorities.  */
    HAL_NVIC_SetPriority(SVCall_IRQn, 15, 0);	/*Note: SVC must be lowest priority*/
	HAL_NVIC_EnableIRQ(SVCall_IRQn);

    HAL_NVIC_SetPriority(PendSV_IRQn, 15, 0);
	HAL_NVIC_EnableIRQ(PendSV_IRQn);			/*Note: PnSV must be lowest priority*/

    HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 4, 0);
	HAL_NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);	
}


/* System Tick timer interrupt handler */
void SysTick_Handler (void)
{
	/*BL      _tx_timer_interrupt*/
    _tx_timer_interrupt();
}

通過上述修改檔案可見ThreadX修改底層移植檔案的內容並不多，移植還是比較方便。

最後將stm32h7xx_it.c檔案中的PendSV_Handler和SysTick_Handler中斷處理函式遮蔽（前者用於實現RTOS的任務排程，後者用於實現RTOS的心跳節拍）。

#ifndef ENABLE_RTOS
void PendSV_Handler(void)
{
}

void SysTick_Handler(void)
{
}
#endif

四、測試

經過上述步驟，工程編譯已經沒有錯誤，接下來就是建立任務測試ThreadX能否正常執行起來。

在threadx\ports\cortex_m7\ac6\example_build\sample_threadx下的sample_threadx.c檔案中演示了任務的建立，依葫蘆畫瓢建立自己的任務即可。main.c檔案內容如下：

#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "tx_api.h"

#define DEMO_STACK_SIZE         (2 * 1024)
#define DEMO_BYTE_POOL_SIZE     (32 * 1024)

TX_BYTE_POOL            byte_pool_0;
UCHAR                   memory_area[DEMO_BYTE_POOL_SIZE];

TX_THREAD               thread_0;
TX_THREAD               thread_1;
TX_THREAD               thread_2;

void    thread_0_entry(ULONG thread_input);
void    thread_1_entry(ULONG thread_input);
void    thread_2_entry(ULONG thread_input);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  while (1)
  {
    tx_kernel_enter();
  }
}

void tx_application_define(void *first_unused_memory)
{
	CHAR    *pointer = TX_NULL;
	
	/* Create a byte memory pool from which to allocate the thread stacks.  */
    tx_byte_pool_create(&byte_pool_0, "byte pool 0", memory_area, DEMO_BYTE_POOL_SIZE);

   /* Allocate the stack for thread 0.  */
    tx_byte_allocate(&byte_pool_0, (VOID **) &pointer, DEMO_STACK_SIZE, TX_NO_WAIT);
    /* Create the main thread.  */
    tx_thread_create(&thread_0, "thread 0", thread_0_entry, 0,  
            pointer, DEMO_STACK_SIZE, 
            1, 1, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
    
	/* Allocate the stack for thread 1.  */
    tx_byte_allocate(&byte_pool_0, (VOID **) &pointer, DEMO_STACK_SIZE, TX_NO_WAIT);
    /* Create threads 1  */
    tx_thread_create(&thread_1, "thread 1", thread_1_entry, 0,  
            pointer, DEMO_STACK_SIZE, 
            2, 2, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
    
	/* Allocate the stack for thread 2.  */
    tx_byte_allocate(&byte_pool_0, (VOID **) &pointer, DEMO_STACK_SIZE, TX_NO_WAIT);
    /* Create threads 1  */
    tx_thread_create(&thread_2, "thread 2", thread_2_entry, 0,  
            pointer, DEMO_STACK_SIZE, 
            3, 3, TX_NO_TIME_SLICE, TX_AUTO_START);
}

void    thread_0_entry(ULONG thread_input)
{
    while(1)
    {
		HAL_GPIO_TogglePin(LED1_GPIO_Port,LED1_Pin);
		tx_thread_sleep(200);
    }
}

void    thread_1_entry(ULONG thread_input)
{
    while(1)
    {
		HAL_GPIO_TogglePin(LED2_GPIO_Port,LED2_Pin);
		tx_thread_sleep(200);
    }
}

void    thread_2_entry(ULONG thread_input)
{
   	double a = 0.1, b = 1.0;

	while(1)
	{
		a += 0.00000000001;
		b -= 0.00000000001;
		printf("floating test:\ta = %.11f, b = %.11f\r\n", a, b);
        tx_thread_sleep(2000);
	} 	
}

到這裡，任務就正常執行起來了。

補充

任務建立函式說明

  • 引數：
    • thread_ptr：指向執行緒控制塊的指標
    • name_ptr ：指向執行緒名稱的指標
    • entry_function：指定用於執行緒執行的初始C函式。 當執行緒從此入口函式返回時，它將處於完成狀態並無限期掛起。
    • entry_input：首次執行時傳遞給執行緒的入口函式的32位值。 此輸入的使用完全由應用程式確定
    • stack_start：堆疊記憶體區域的起始地址
    • stack_size：堆疊記憶體區中的位元組數
    • priority：執行緒的優先順序。 有效值的範圍是0 ~（TX_MAX_PRIORITES-1），其中0表示最高優先順序
    • preempt_threshold：禁用的搶佔的最高優先順序。 只有高於此級別的優先順序才可以搶佔該執行緒，該值必須小於或等於指定的優先順序，等於執行緒優先順序的值將禁用搶佔閾值
    • time_slice：在其他具有相同優先順序的就緒執行緒有機會執行之前，允許此執行緒執行的時鐘節拍數。請注意，使用搶佔閾值將禁用時間片。合法的時間片值範圍從1到0xffffff (包括)。TX_NO_TIME_SLICE (值為0)禁用此執行緒的時間片。（使用時間片會導致少量的系統開銷。由於時間片僅在多個執行緒共享相同優先順序的情況下有用，因此不應為具有唯一優先順序的執行緒分配時間片）
    • auto_start：指定執行緒是立即啟動還是處於暫停狀態。指定選項是TX_AUTO_START (0x01)和 TX_DONT_START (0x00)。如果指定了TX_DONT_START，則應用程式必須呼叫 tx_thread_resume 才能使執行緒執行。
  • 返回值
    • TX_SUCCESS (0x00)：執行緒建立成功
    • TX_THREAD_ERROR (0x0E)：無效的執行緒控制指標。指標為 NULL 或執行緒已建立
    • TX_PTR_ERROR (0x03)：入口點的起始地址無效或堆疊區域無效，通常為 NULL。
    • TX_SIZE_ERROR (0x05)：堆疊區域的大小無效。 執行緒必須至少具有TX_MINIMUM_STACK位元組才能執行。
    • TX_PRIORITY_ERROR (0x0F)：無效的執行緒優先順序，該值超出（0 ~（TX_MAX_PRIORITIES-1））的範圍。
    • TX_THRESH_ERROR (0x18)：指定的搶佔閾值無效。 該值的有效優先順序必須小於或等於執行緒的初始優先順序。
    • TX_START_ERROR (0x10)：自動啟動選擇無效
    • TX_CALLER_ERROR (0x13)：該服務的呼叫者無效
UINT tx_thread_create(
    TX_THREAD *thread_ptr,
    CHAR *name_ptr, 
    VOID (*entry_function)(ULONG),
    ULONG entry_input, 
    VOID *stack_start,
    ULONG stack_size, 
    UINT priority,
    UINT preempt_threshold, 
    ULONG time_slice,
    UINT auto_start);

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