提示:文章写完后,目录可以自动生成,如何生成可参考右边的帮助文档


一、实验目的

本实验通过将 uC/OS-III 实时操作系统 移植到 STM32F103C8T6 平台上,实现多任务并发运行的功能。

实验要求:

  • 移植 uC/OS 到 STM32F103;

  • 创建 3 个任务:

    1. Task1:每 1 秒闪烁一次 LED;
    2. Task2:每 3 秒闪烁一次 LED;
    3. Task3:每 2 秒通过串口发送字符串 "hello uc/OS!"

二、实验平台

项目 内容
硬件平台 STM32F103C8T6 最小系统板
操作系统 uC/OS-III
开发环境 Keil uVision5
时钟频率 72MHz
编译器 ARMCC V5.06
接口 USART1, GPIO(LED)

三、实验原理与思路

1. RTOS 简介

RTOS(Real-Time Operating System) 是为实时任务调度而设计的操作系统,能够根据任务优先级进行管理,使系统在多任务场景下保持确定性响应。

2. 实验思路

  1. 在 Keil 环境中创建 STM32F103 工程;

  2. 导入 uC/OS-III 源码(OS_CORE、OS_CFG、OS_PORT 等)

  3. 修改移植文件:

    • OS_CPU_C.C / OS_CPU_A.ASM:任务切换与中断接口;
    • OS_CFG.H:任务数、优先级配置;
    • bsp.c / bsp.h:系统初始化与时钟设置;
  4. 创建三个任务并分配不同优先级;

  5. 利用 OSTimeDlyHMSM() 实现周期调度。


四、移植步骤

1. 新建 Keil 工程

  1. 新建CubeMX工程,选择芯片:STM32F103C8T6
  2. sys配置
    在这里插入图片描述
  3. RCC配置
    在这里插入图片描述
  4. 时钟配置
    在这里插入图片描述
  5. USART1配置
    在这里插入图片描述
  6. 将PC13设置为 GPIO_OUT
    在这里插入图片描述
  7. 工程配置
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

2. 准备uCOSIII

官网:http://micrium.com/downloadcenter/
百度网盘:https://pan.baidu.com/s/17dFc7RyjQ7e4pWlpmZe9og
提取码:1234

建议大家到百度网盘里面去下

下载并解压之后的文件应该是这样的
在这里插入图片描述

在此目录下创建uC-BSP文件夹在这里插入图片描述
将uCOS-CONFIG中的如下两个文件移动到uC-BSP中
在这里插入图片描述
把这五个文件全部复制粘贴到MDK-ARM下
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述


3. 开始移植

回到keil,开始添加文件到工程
点击红框处进行添加
在这里插入图片描述
新建Groups
在这里插入图片描述
点击CPU–>Add Files…,选中以下文件,Add
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

点击LIB–>Add Files…,选中以下文件,Add
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

点击PORT–>Add Files…,选中以下文件,Add
在这里插入图片描述

点击SOURCE–>Add Files…,选中以下文件,Add
在这里插入图片描述

点击CONFIG–>Add Files…,选中以下文件,Add
在这里插入图片描述

点击BSP–>Add Files…,选中以下文件,Add
在这里插入图片描述
搞定之后再照着上面文件检查一遍,看有没有没有添加,或者多添加的文件,然后点击ok

导入文件目录
在这里插入图片描述


4. 编写 BSP 层初始化

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



5. 修改gpio.c(添加初始化PA3)

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);

}



6. 修改main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.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 ------------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* ????? */
#define START_TASK_PRIO		3
#define LED0_TASK_PRIO		4
#define MSG_TASK_PRIO		5
#define LED1_TASK_PRIO		6

/* ??????	*/
#define START_STK_SIZE 		96
#define LED0_STK_SIZE 		64
#define MSG_STK_SIZE 		64
#define LED1_STK_SIZE 		64

/* ??? */	
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];

/* ????? */
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 */

/* ?????? */
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(); ???BSP??????????
  MX_USART1_UART_Init();	
	/* ???? */
	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);
	/* ???????,?????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);  		//????                
#endif
	
#ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN			//?????????????
    CPU_IntDisMeasMaxCurReset();	
#endif

#if	OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN  		//???????????
	 //???????????,??????1???????,?1*5=5ms
	OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);  
#endif		
	
	OS_CRITICAL_ENTER();	//?????
	/* ??LED0?? */
	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);		

/* ??LED1?? */
	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);										 
				 
	/* ??MSG?? */
	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);		//??????			 
	OS_CRITICAL_EXIT();	//?????
}
/**
  * ????: ????????
  * ????: p_arg ?????????????
  * ? ? ?: ?
  * ?    ?:?
  */
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 */
/**
  * ????: ??????
  * ????: p_arg ?????????????
  * ? ? ?: ?
  * ?    ?:?
  */
static  void  AppTaskCreate (void)
{
  
}


/**
  * ????: uCOSIII??????
  * ????: ?
  * ? ? ?: ?
  * ?    ?:?
  */
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 */


7. 其他代码修改

找到startup_stm32f103xb.s
在以下位置处将PendSV_Handler和SysTick_Handler改为OS_CPU_PendSVHandler和OS_CPU_SysTickHandler
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在usart.c文件中添加以下代码完成printf重定向

#include <stdio.h>

int fputc(int ch,FILE *f)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
	return ch;
}


8. 参数设置

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述


五、运行结果


六、实验重点与难点

  1. OS_CFG 配置参数 必须与任务数匹配,否则系统无法调度;
  2. 任务栈定义 必须为局部静态数组;
  3. 优先级分配:数字越小,优先级越高;
  4. SysTick 定时器 是系统节拍的关键(确保 OS_CPU_SysTickInit() 正确配置为 1ms 节拍);
  5. USART 重定向 printf 时要定义 int fputc() 函数并包含 <stdio.h>

七、实验总结

通过本实验,熟悉了 uC/OS 的移植流程与多任务调度机制,掌握了如何创建任务、配置任务优先级、以及任务间的时序管理。
实验中体会到 RTOS 的最大优势在于:

  • 多任务并行执行;
  • 实时性强;
  • 程序结构清晰、模块化。

本实验完成后,对 STM32 平台上 实时操作系统的移植与应用开发 有了更深入的理解。


八、参考资料

  1. STM32F103C8T6移植uC/OS-III基于HAL库超完整详细过程
  2. STM32F103C8移植uCOSIII(HAL库)
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