ThreadX 再介紹#
一些此前的內容可見最全認證 RTOS——azure_threadX 移植教程 - 土星環的基地。
由於 threadX 捐贈給 eclipse 基金會，現在已經不叫 azure_threadX 改為 eclipse_threadX 。但就像橋本有菜改名新有菜，有栖露露改名露露茶，只是換個廠牌而已，東西沒啥區別
最近我的新的 CMAKE 工程結構逐漸趨於完善，也是時候介紹一下相對現代的移植方式了。過去使用的 IDE (點名批評 KEIL) 過於落後，通常只能手動指定所有的源碼文件和 includPath，而 CMAKE 則可以提供更加自由更加自動化的方式。
在以前的博文裡提到過，“大多數好的 c 語言庫都會提供搜集了所有源碼文件的 CMakeLists.txt”，而優秀的庫會提供包括編譯條件和按照編譯條件選擇源碼文件的 CMakeLists.txt。所以在一個 CMAKE 項目中引入 threadX 軟件包將非常方便。
前提條件#
首先讀者應該有基本的 CMAKE 認知以及簡單的實踐經驗，移植前先構建一個能基礎閃燈的工程並且燒錄成功，保證閃燈的頻率大致與預想相同。
- 對於 CMAKE 子目錄和 project 的概念有基本的理解
- 完成過一個 CMAKE 項目的搭建和編譯
沒有這方面知識的可以先學習CMAKE 扫盲 - 土星環的基地。
大致思路#
threadX 軟件包已經提供了幾乎最全面的支持。我們只要將整個代碼庫弄進工程，少量給出幾個參數，隨後以其為子目錄，再自行添加鏈接庫，就算是完成移植了。
將代碼庫弄進工程#
對於初學者或者不想要使用 git 管理代碼的工程師，只要將這個代碼庫完全地下載和複製到項目中即可。
eclipse-threadx/threadx: Eclipse ThreadX is an advanced real-time operating system (RTOS) designed specifically for deeply embedded applications.
例如我的這個項目，使用 6_Rtos 文件夾存放 RTOS 相關的源碼，threadx-master 文件夾就是直接下載源碼包並且解壓得到的。當然如果讀者熟悉 git 子模塊或者 CMAKE 在線導入的方法，也是極好的，我這裡只做盡可能簡單的最小系統搭建。
在頂層的 CMakeLists.txt 中使用這樣的語句，即可引入 threadX。我這裡的頂層 CMakeLists.txt 在上一層的 src 文件夾下，反正依據 CMAKE 項目結構，需要比解壓的源碼包更上層。
其中 THREADX_ARCH 指定了內核型號，THREADX_TOOLCHAIN 指定了編譯器型號，這兩個參數將由 threadx-master 中的 CMAKE 腳本自動選定 port 文件，詳細可以自行研究 threadX 庫的根 CMakeLists.txt 。
# threadx
set(THREADX_ARCH cortex_m7)
set(THREADX_TOOLCHAIN gnu)
add_subdirectory(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/6_Rtos/threadx-master) # 添加子目錄
添加鏈接庫#
[!NOTE]
再次提醒，讀者必須完成過一個 CMAKE 項目的搭建和編譯，否則以下的 CMAKE 基礎腳本寫法也不會懂的
由於我們在頂層 CMakeLists.txt 引入的子目錄，所以需要在頂層項目中添加鏈接庫。使用類似如下的語句
target_link_libraries( MY_CMAKE_PROJECT_NAME
# 省略其他的鏈接庫，例如 user_src，在最後添加
azrtos::threadx
)
如果希望使用經典的 tx_user.h 配置文件。那么還需要在引入子目錄前使用類似如下的語句。預先設置一個 TX_USER_FILE 參數用於導向我們自己創建的 tx_user.h 配置文件，而庫內的 cmake 腳本會依據 TX_USER_FILE 參數是否被設置進行不同的操作，可以自行了解。
set(TX_USER_FILE "${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/6_Rtos/UserCfg/tx_user.h")
add_subdirectory(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/6_Rtos/threadx-master) # 添加子目錄
一個相對完整的頂層 CMakeLists.txt 如下
# 指定CMake的最低版本要求為3.22
cmake_minimum_required(VERSION 3.22)
#
# 该文件是cmake调用的主构建文件
# 用户可以根据需要自由修改此文件。
#
# 设置编译器设置部分
set(CMAKE_C_STANDARD 11) # 设置C标准为C11
set(CMAKE_C_STANDARD_REQUIRED ON) # 要求使用指定的C标准
set(CMAKE_C_EXTENSIONS ON) # 启用编译器扩展
# set(CMAKE_BUILD_TYPE "Release")
# 定义构建类型
if(NOT CMAKE_BUILD_TYPE)
set(CMAKE_BUILD_TYPE "Debug") # 如果未设置CMAKE_BUILD_TYPE，则默认设置为"Debug"。该参数可以在使用类似"cmake ../"生成原生构建系统时添加-DCMAKE_BUILD_TYPE=Release指定
endif()
# 包含工具链文件
include("${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/8_WorkSpace/CMake/gcc-arm-none-eabi.cmake")
# 设置项目名称
# set(CMAKE_PROJECT_NAME H7_GCC_BASE) # 设置项目名称
if(DEFINED ENV{PROGRAM_NAME})
set(CMAKE_PROJECT_NAME $ENV{PROGRAM_NAME})
else()
message(WARNING "PROGRAM_NAME environment variable is not set. Using default project name.")
set(CMAKE_PROJECT_NAME "DefaultProjectName")
endif()
# 启用编译命令生成，以便于其他工具进行索引例如clangd
set(CMAKE_EXPORT_COMPILE_COMMANDS TRUE) # 生成compile_commands.json，以便IDE或工具使用
# 核心项目设置
project(${CMAKE_PROJECT_NAME}) # 定义项目，使用之前设置的项目名称
message("Build type: " ${CMAKE_BUILD_TYPE}) # 消息输出构建类型
# 启用CMake对ASM和C语言的支持
enable_language(C ASM) # 启用C和汇编（ASM）语言支持
# 创建两个可执行对象
# add_executable(${CMAKE_PROJECT_NAME}) # 不携带BL部分
add_executable(${CMAKE_PROJECT_NAME}_BL) # 携带BL部分
foreach(target IN ITEMS
# ${CMAKE_PROJECT_NAME}
${CMAKE_PROJECT_NAME}_BL)
# 链接目录设置
target_link_directories(${target} PRIVATE
# 添加用户定义的库搜索路径
# e.g., "/path/to/libs"
)
# 向可执行目标添加源文件
target_sources(${target} PRIVATE
# 添加额外的源文件
# e.g., "src/main.c"
)
# 添加包含路径
target_include_directories(${target} PRIVATE
# 添加用户定义的包含路径
# e.g., "include"
)
# 添加项目符号（宏）
target_compile_definitions(${target} PRIVATE
# 添加用户定义的符号
# e.g., "MY_MACRO=1"
)
# 添加链接库
target_link_libraries(${target}
user_src # 链接user_src库 实际上也是以project()项目的形式存在
Dataflow
azrtos::threadx
# modbusx
# 添加用户定义的库
# e.g., "mylib"
)
endforeach()
# target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME} PRIVATE
# -T "${CMAKE_SOURCE_DIR}/5_PhysicalChip/CPU/GNU/GD32H7xx.ld"
# )
target_link_options(${CMAKE_PROJECT_NAME}_BL PRIVATE
-T "${CMAKE_SOURCE_DIR}/5_PhysicalChip/CPU/GNU/GD32H7xx.ld"
)
# 添加子目录部分，这会自动处理子目录中的CMakeLists.txt文件
add_subdirectory(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/8_WorkSpace/CMake/toolCmake) # 添加子目录
# Dataflow GNU
add_subdirectory(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/7_Exlib/Dataflow-main/common) # 添加子目录
# threadx
set(THREADX_ARCH cortex_m7)
set(THREADX_TOOLCHAIN gnu)
set(TX_USER_FILE "${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/6_Rtos/UserCfg/tx_user.h")
add_subdirectory(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/6_Rtos/threadx-master) # 添加子目录
# modbusx GNU
# add_subdirectory(${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/7_Exlib/modbusX/common) # 添加子目录
# 为单独的文件添加编译标签
include("${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/8_WorkSpace/CMake/toolCmake/extra-compile-flags.cmake")
# 运行一下构建后任务
include("${CMAKE_CURRENT_LIST_DIR}/8_WorkSpace/CMake/toolCmake/post-build-tasks.cmake")
一些芯片级的支持#
中断部分#
首先 threadX 會接管 SysTick_Handler 和 PendSV_Handler 兩個中斷，所以需要將原工程中的這兩個中斷函數的定義給註釋掉。
其次這些中斷的實現，threadx 不會直接地在庫中引入，而是需要自己實現。
推薦是創建一個 tx_initialize_low_level.S 文件在自己工程的其他文件夾，然後在 threadX 軟件包中找一個合適的同名文件 (不同架構都有示例)，將這個文件複製出來到自己創建的裡面。不要直接引入他的示例，會破壞源碼包的獨立性。
然後依據編譯報錯修改自己的文件，主要是鏈接符號的匹配問題，例如中斷向量表的名字。
以下是一個簡單的示例。其實講道理是所有他給出的中斷函數都應該進行替換屏蔽，但是要修改自己的中斷函數名沒必要，只屏蔽必要的兩個中斷函數由其接管就好，其他函數也沒什麼很大的意義。
/**************************************************************************/
/* */
/* 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 __RAM_segment_used_end__
.global _tx_timer_interrupt
.global __main
.global __gVectors
.global __tx_NMIHandler // NMI
.global __tx_BadHandler // HardFault
.global __tx_DBGHandler // Monitor
.global __tx_PendSVHandler // PendSV
.global __tx_SysTickHandler // SysTick
.global __tx_IntHandler // Int 0
SYSTEM_CLOCK = 600000000
SYSTICK_CYCLES = ((SYSTEM_CLOCK / 1000) -1)
.text 32
.align 4
.syntax unified
/**************************************************************************/
/* */
/* FUNCTION RELEASE */
/* */
/* _tx_initialize_low_level Cortex-M7/GNU */
/* 6.1.2 */
/* 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 */
/* 11-09-2020 Scott Larson Modified comment(s), */
/* resulting in version 6.1.2 */
/* */
/**************************************************************************/
// 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, =__RAM_segment_used_end__ // Build first free address
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, =__gVectors // Pickup address of vector table
STR r1, [r0, #0xD08] // Set vector table address
/* 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
/* Set system stack pointer from vector value. */
LDR r0, =_tx_thread_system_stack_ptr // Build address of system stack pointer
LDR r1, =__gVectors // Pickup address of vector table
LDR r1, [r1] // Pickup reset stack pointer
STR r1, [r0] // Save system stack pointer
/* Configure SysTick. */
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
/* 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
注意修改其中的 SYSTEM_CLOCK、 SYSTICK_CYCLES 兩個參數，與主頻和期望的任務時間分辨力匹配。例如我這個文件中，主頻是 600M，tx_thread_sleep (1) 期望是 1ms。
GNU 部分#
gcc 編譯鏈與 AC 編譯器的 MicroLib 不同，需要自己實現許多系統級接口。一個經典的 io 函數是 printf ，如果不實現接口，編譯鏈是無法通過的。在項目中增加以下兩個文件就好，當然我給出的源碼並沒有 printf 的接口支持。
#include <sys/stat.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/times.h>
/* Variables */
// #undef errno
extern int errno;
extern int __io_putchar(int ch) __attribute__((weak));
extern int __io_getchar(void) __attribute__((weak));
// register unsigned char *__stack_ptr (__ASM("sp"));
// register unsigned char *__stack_ptr asm("sp");
char *__env[1] = {0};
char **environ = __env;
/* Functions */
void initialise_monitor_handles( )
{
}
int _getpid(void)
{
return 1;
}
int _kill(int pid, int sig)
{
errno = EINVAL;
return -1;
}
void _exit(int status)
{
_kill(status, -1);
while(1)
{
} /* Make sure we hang here */
}
__attribute__((weak)) int _read(int file, char *ptr, int len)
{
int DataIdx;
for(DataIdx = 0; DataIdx < len; DataIdx++)
{
*ptr++ = __io_getchar( );
}
return len;
}
__attribute__((weak)) int _write(int file, char *ptr, int len)
{
int DataIdx;
for(DataIdx = 0; DataIdx < len; DataIdx++)
{
__io_putchar(*ptr++);
}
return len;
}
int _close(int file)
{
return -1;
}
int _fstat(int file, struct stat *st)
{
st->st_mode = S_IFCHR;
return 0;
}
int _isatty(int file)
{
return 1;
}
int _lseek(int file, int ptr, int dir)
{
return 0;
}
int _open(char *path, int flags, ...)
{
/* Pretend like we always fail */
return -1;
}
int _wait(int *status)
{
errno = ECHILD;
return -1;
}
int _unlink(char *name)
{
errno = ENOENT;
return -1;
}
int _times(struct tms *buf)
{
return -1;
}
int _stat(char *file, struct stat *st)
{
st->st_mode = S_IFCHR;
return 0;
}
int _link(char *old, char *new)
{
errno = EMLINK;
return -1;
}
int _fork(void)
{
errno = EAGAIN;
return -1;
}
int _execve(char *name, char **argv, char **env)
{
errno = ENOMEM;
return -1;
}
#include <errno.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
/**
* Pointer to the current high watermark of the heap usage
*/
static uint8_t *__sbrk_heap_end = NULL;
/**
* @brief _sbrk() allocates memory to the newlib heap and is used by malloc
* and others from the C library
*
* @verbatim
* ############################################################################
* # .data # .bss # newlib heap # MSP stack #
* # # # # Reserved by _Min_Stack_Size #
* ############################################################################
* ^-- RAM start ^-- _end _estack, RAM end --^
* @endverbatim
*
* This implementation starts allocating at the '_end' linker symbol
* The '_Min_Stack_Size' linker symbol reserves a memory for the MSP stack
* The implementation considers '_estack' linker symbol to be RAM end
* NOTE: If the MSP stack, at any point during execution, grows larger than the
* reserved size, please increase the '_Min_Stack_Size'.
*
* @param incr Memory size
* @return Pointer to allocated memory
*/
void *_sbrk(ptrdiff_t incr)
{
extern uint8_t _end; /* Symbol defined in the linker script */
extern uint8_t _estack; /* Symbol defined in the linker script */
extern uint32_t _Min_Stack_Size; /* Symbol defined in the linker script */
const uint32_t stack_limit = (uint32_t)&_estack - (uint32_t)&_Min_Stack_Size;
const uint8_t *max_heap = (uint8_t *)stack_limit;
uint8_t *prev_heap_end;
/* Initialize heap end at first call */
if(NULL == __sbrk_heap_end)
{
__sbrk_heap_end = &_end;
}
/* Protect heap from growing into the reserved MSP stack */
if(__sbrk_heap_end + incr > max_heap)
{
errno = ENOMEM;
return (void *)-1;
}
prev_heap_end = __sbrk_heap_end;
__sbrk_heap_end += incr;
return (void *)prev_heap_end;
}
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