本次将介绍基于HAL库的uC-COSIII移植，以及通过uC-COSIII系统实现三个任务的同时进行。
UCOS是Micrium公司出品的RTOS类实时操作系统， UCOS目前有两个版本：UCOSII和UCOSIII。
UCOSIII是一个可裁剪、可剥夺型的多任务内核，而且没有任务数限制，提供了实时操作系统所需的所有功能，包括资源管理、同步、任务通信等。
UCOSIII是用C和汇编来写的，其中绝大部分都是用C语言编写的，只有极少数的与处理器密切相关的部分代码才是用汇编写的， UCOSIII结构简洁，可读性很强！非常适合初次接触嵌入式实时操作系统学生、嵌入式系统开发人员和爱好者学习。
什么是任务？
任务（线程）是简单的程序。单CPU 中，在任何时刻只能是一个任务被执行。
任务看起来像C 函数。在大多数嵌入式系统中，任务通常是无限循环的。任务不能像C 函数那样，它是不能return 的。
在UCOSIII中任务是以何种面貌存在的呢？
在UCOSIII中任务就是程序实体，UCOSIII能够管理和调度这些小任务（程序）。UCOSIII中的任务由三部分组成：任务堆栈、任务控制块和任务函数。
任务堆栈：上下文切换的时候用来保存任务的工作环境，就是STM32的内部寄存器值。
任务堆栈是任务的重要部分，堆栈是在RAM中按照“先进先出（FIFO）”的原则组织的一块连续的存储空间。为了满足任务切换和响应中断时保存CPU寄存器中的内容及任务调用其它函数时的需要，每个任务都应该有自己的堆栈。
#define START_STK_SIZE 512 //堆栈大小
CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE]; //定义一个数组来作为任务堆栈
任务堆栈初始化
任务如何才能切换回上一个任务并且还能接着从上次被中断的地方开始运行？
恢复现场即可，现场就是CPU的内部各个寄存器。因此在创建一个新任务时，必须把系统启动这个任务时所需的CPU各个寄存器初始值事先存放在任务堆栈中。这样当任务获得CPU使用权时，就把任务堆栈的内容复制到CPU的各个寄存器，从而可以任务顺利地启动并运行。
把任务初始数据存放到任务堆栈的工作就叫做任务堆栈的初始化，UCOSIII提供了完成堆栈初始化的函数：OSTaskStkInit()。
当然，用户一般不会直接操作堆栈初始化函数，任务堆栈初始化函数由任务创建函数OSTaskCreate()调用。不同的CPU对于的寄存器和对堆栈的操作方式不同，因此在移植UCOSIII的时候需要用户根据各自所选的CPU来编写任务堆栈初始化函数。
任务控制块：任务控制块用来记录任务的各个属性。
任务控制块是用来记录与任务相关的信息的数据结构，每个任务都要有自己的任务控制块。我们使用OSTaskCreate()函数来创建任务的时候就会给任务分配一个任务控制块。任务控制块由用户自行创建。
OS_TCB StartTaskTCB; //创建一个任务控制块
**USOCIII提供了用于任务控制块初始化的函数：OS_TaskInitTCB()。**但是，用户不需要自行初始化任务控制块。因为和任务堆栈初始化函数一样，函数OSTaskCreate()在创建任务的时候会对任务的任务控制块进行初始化。
任务函数：由用户编写的任务处理代码，是实实在在干活的，任务函数通常是一个无限循环，也可以是一个只执行一次的任务。任务的参数是一个void类型的，可以可以传递不同类型的数据甚至是函数。
任务函数其实就是一个C语言的函数，但是在使用UCOIII的情况下这个函数不能有用户自行调用，任务函数何时执行执行，何时停止完全有操作系统来控制。
UCOSIII支持时间片轮转调度，因此在一个优先级下会有多个任务，那么我们就要对这些任务做一个管理，这里使用OSRdyList[]数组管理这些任务。
OSRdyList[]数组中的每个元素对应一个优先级，比如OSRdyList[0]就用来管理优先级0下的所有任务。OSRdyList[0]为OS_RDY_LIST类型，从上面OS_RDY_LIST结构体可以看到成员变量：HeadPtr和TailPtr分别指向OS_TCB，我们知道OS_TCB是可以用来构造链表的，因此同一个优先级下的所有任务是通过链表来管理的，HeadPtr和TailPtr分别指向这个链表的头和尾，NbrEntries用来记录此优先级下的任务数量，图5.5.2表示了优先级4现在有3个任务时候的就绪任务列表。
同一优先级下如果有多个任务的话最先运行的永远是HeadPtr所指向的任务。
打开stm32CubeMX，建立新工程。芯片作者使用的是stm32F103C8T6。
首先，配置RCC：将High Speed Clock改为：
配置SYS：将Debug改为Serial Wire：
配置USART1: 将Mode配置为如图：
然后将芯片的PC13管脚打开，设置为GPIO_Output
设置文件路径，打开工程即可。
首先要获取到uc-COSIII的资源，
可直接下载此网盘链接内容
链接：https://pan.baidu.com/s/10RqsDRecbmVteWmDv2oUNQ
提取码：1234
下载好之后打开，将如图的5个文件夹复制到所创建的工程的MDK-ARM文件夹下。
打开keil的工程，点击Manage Project Items，按下图所示操作，为项目新建文件夹，在对应文件夹下添加文件。
注意，PORT,SOURCE,CONFIG,BSP,CPU,LIB这些需要手动输入创建。之后开始添加文件：
PORT文件夹需要导入如下文件：
LIB需要导入如下文件：
CPU需要导入如下文件：
SOURCE需要导入如下文件：
CONFIG需要导入如下文件：
BSP需要导入如下文件：
导入好之后，别忘了点OK。
导入文件之后，还需要导入头文件路径。打开Options for target ，如图处添加路径：
添加如图所示的路径。
如此便移植完成。
首先，找到bsp.c与bsp.h。为其添加如下代码：
// 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代码如下：
// bsp.h
#ifndef __BSP_H__
#define __BSP_H__
#include "stm32f1xx_hal.h"
void BSP_Init(void);
#endif
然后，打开startup_stm32f103xb.s文件，在如下位置修改为如图所示：
打开app_cfg.h,将42行左右的DEF_ENABLED 改为 DEF_DISABLED。
#define APP_TRACE BSP_Ser_Printf 改为 #define APP_TRACE(void)
打开includes.h文件
在#include <bsp.h>下面添加头文件：
#include “gpio.h”
#include “app_cfg.h”
将#include <stm32f10x_lib.h> 改为 #include “stm32f1xx_hal.h”
打开lib_cfg.h文件
将此处修改为5u：
打开usart.c文件，添加代码完成printf重定向
/* USER CODE BEGIN 1 */
typedef struct __FILE FILE;
int fputc(int ch,FILE *f){
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
return ch;
}
在gpio.c中修改如下代码：
void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET);
/*Configure GPIO pin : PC13|PA3 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_3;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
重写main.c：
/* 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
#define LED1_TASK_PRIO 6
/* 任务堆栈大小 */
#define START_STK_SIZE 96
#define LED0_STK_SIZE 64
#define MSG_STK_SIZE 64
#define LED1_STK_SIZE 64
/* 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];
CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];
/* 任务控制块 */
OS_TCB StartTaskTCB;
OS_TCB Led0TaskTCB;
OS_TCB MsgTaskTCB;
OS_TCB Led1TaskTCB;
/* 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);
static void led_pa3(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 * )&Led1TaskTCB,
(CPU_CHAR * )"led_pa3",
(OS_TASK_PTR )led_pa3,
(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
}
/**
* 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, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,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_pa3 (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(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET);
OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,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();
AppTaskCreate(); /* Create Application Tasks */
AppObjCreate(); /* Create Application Objects */
while (DEF_TRUE)
{
printf("hello uc/OS \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 */
}
/* 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 */
之后进行编译，无报错烧录即可看到结果。
可以看到，串口不断发送数据，面包板的led灯与自带的PC13的led灯以不同的周期闪烁。
本次实验是一次嵌入式系统操作多个任务同时实现的实验。让我第一次对较大规模的项目开发有了认识。本次实验任务的led闪烁时间与串口发送信息的时间都可以通过调整main.c中对应函数的参数来改变。
参考博客：
STM32F103C8T6移植uCOS基于HAL库: https://blog.csdn.net/qq_45659777/article/details/121570886
【嵌入式17】STM32F103C8T6基于HAL库移植uC/OS-III及逻辑分析仪波形观测: https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/121441622?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22121441622%22%2C%22source%22%3A%22qq_55799536%22%7D