【GD32F427开发板试用】在IAR环境中移植RTX5

0.前言

首先感谢极术社区和兆易创新给了这次试用GD32F427开发板的机会。

板子做的虽然简约，但是自带了GD-link所以一根USB线既实现了供电又实现了下载调试,必须赞一个, 而且还支持FS-USB和HS-USB两个USB接口，测试USB就更方便了。GD的单片机我并不陌生，目前也一直在用GD32F10x系列做产品，所以拿到板子后很快就能上手，下面就基于这块试用板介绍一下实时操作系统RTX5的移植过程。

说起RTX实时操作系统，相信使用过Keil-MDK环境的人都知道，它最开始是和Keil-MDK绑定在一起的，在Keil-MDK可以很方便的使用，几乎不需要过多移植工作，就能让系统跑起来，使用非常方便。后来随着CMSIS软件包的独立和开源，RTX就成为了CMSIS软件包的一部分，并且ARM还给RTX套了一层壳叫RTOS（RTOS2），这是一个基于Cortex-M处理器的通用RTOS接口，通过这层接口可以快速方便的切换不同的实时操作系统，目前除了支持RTX5还支持FreeRTOS。

RTX5的主要特点:

开源免费，Apache2.0授权，几乎随意商用；
任务调度方式灵活多样，支持时间片，抢占式和合作式调度；
零中断延迟，这里的零中断延迟是指ISR的中断相应时间和没有使用

RTX5系统是一样的，也就是说用于Cortex-M3/M4/M7的RTX5内核库中没有关闭中断的操作,这点应该算是RTX5一个很大的优势，像Ucos-II,Ucos-III和FreeRTOS内核的很多地方关中断操作，关中断操作对实时性有哪些危害呢？比如此时某个任务正在调用系统API函数，而且此时中断正好关闭了，也就是进入到了临界区中，这个时候如果有一个紧急的中断事件被触发，这个中断就不能得到及时执行，必须等到中断开启才可以得到执行，如果关中断时间超过了紧急中断能够容忍的限度，危害是可想而知的。

确定性，指在在定义的时间内处理事件和中断，RTX5 提供完全确定性的行为，这意味着在预定义时间内（期限）处理事件和中断，这个主要得益于RTX5的零中断延迟特性。

1.准备

因为Keil-MDK对RTX5支持的很好, 移植也很方便这里就不详细说明，有兴趣的可以参考安富莱电子的《RTX5内核教程》,里面对RTX5的详细系统特性和在Keil-MDK中使用调试方法介绍。我这里主要介绍在IAR环境中的移植和简单使用。除了准备好GD32F427开发板还需做以下准备：

IAR开发环境，版本要使用7.4以上版本，我这里使用的版本是8.40.2；
IAR_GD32F4xx_ADDON.3.0.0.exe IAR 环境补丁，下载地址：https://gd32mcu.com/download/...
GD32开发板的官方例程GD32F4xx_Demo_Suites，https://gd32mcu.com/download/...
RTX5源码，https://github.com/ARM-softwa...
只需要用到/CMSIS/RTOS2目录内的文件。

2.移植

2.1 安装IAR环境补丁

直接运行IAR_GD32F4xx_ADDON.3.0.0.exe，目录会自动选择IAR所在的目录，注意如果电脑上安装了多个版本的IAR需要确定使用版本和安装目录一致。安装成功后可以连接开发板打开官方例程中的例程验证一下，如果例程能够正常跑起来就说明已经安装成功了。

2.2 添加RTX5文件

这里我基于GD32427V_START_Demo_Suites\Projects\03_EXTI_Key_Interrupt_mode这个例程来添加RTX5操作系统文件，首先把RTX源码目录放到GD32F4xx_Demo_Suites_V2.6.1\GD32F4xx_Firmware_Library中，在IAR工程目录中新建一个RTOS2文件夹，然后把以下文件添加到工程中：
\RTOS2\RTX\Source\IAR\irq_armv7m.s
\RTOS2\Source\os_systick.c
\RTOS2\RTX\Config\RTX_Config.c
\RTOS2\Config\RTX_Config.h
\RTOS2\RTX\Source\rtx_delay.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_evflags.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_evr.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_kernel.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_lib.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_memory.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_mempool.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_msgqueue.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_mutex.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_semaphore.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_system.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_thread.c
\RTOS2\RTX\Source\rtx_timer.c

2.3 工程配置

工程选项中增加路径和宏定义

2.4 RTX5简单配置和增加移植代码

由于RTX5内核使用了SVC_Handler、PendSV_Handler和SysTick_Handler这三个系统中断所以要把gd32f4xx_it.c中的中断函数删掉，需要注意的是开发板中的毫秒延时是基于SysTick_Handler的，所以需要重新开启一个新的定时器中断或者使用软件延时解决，这里我直接使用了软件延时,代码如下:

/** 
 * [delay_1us]
 * @Brief   微秒延时, 软件阻塞延时, 精度稍差, 主要用于系统运行前外设初始化中延时操作
 * @Param   count 微秒
 */
void delay_1us(uint32_t count)
{
    count *= 50u;
    while(--count);
}

/** 
 * [delay_1ms]
 * @Brief   毫秒延时, 软件阻塞延时, 精度稍差, 主要用于系统运行前外设初始化中延时操作
 * @Param   count 毫秒
 */
void delay_1ms(uint32_t count)
{
    while(--count)
    {
        delay_1us(1000u);
    }
}

RTX5的配置文件是RTX_Config.h, 这里简单介绍以下几个宏的配置，其他的根据需要设定或者保持默认就可以了。

OS_DYNAMIC_MEM_SIZE: 全局动态内存大小，RTX5支持动态创建系统组件（线程，信号量，消息队列等等），这些内存开销都来自这里，默认为32768Byte;
OS_TICK_FREQ: 内核嘀嗒频率, 默认1000Hz;
OS_ROBIN_ENABLE: 是否使能时间片调度，1表示使用时间片调度；
OS_ROBIN_TIMEOUT: 定义线程时间片线程切换超时的滴答数;

增加以下两个线程名的宏定义，这是RTX5的两个系统线程:

/* OS定时器线程的名称 */
#define OS_TIMER_THREAD_NAME         "threadTimer"

/* 空闲线程的名称 */
#define OS_IDLE_THREAD_NAME         "threadIdle"

测试思路：系统启动后创Start线程，这个线程主要打印当前正在运行的线程数量和线程名称，user按键中断中发送线程标志到启动线程，启动线程检测到标志后创建或者删除User线程；

首先在main中初始化内核并创建启动线程:

/*!
    \brief      main function
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
int main(void)
{
    /* enable the LEDs GPIO clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);

    /* configure LED2 GPIO port */
    gpio_mode_set(GPIOC, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_6);
    gpio_output_options_set(GPIOC, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
    /* reset LED2 GPIO pin */
    gpio_bit_reset(GPIOC, GPIO_PIN_6);

    /* flash the LED for test */
    led_flash(1);

    /* enable the key clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_SYSCFG);

    /* configure key pin as input */
    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_0);

    /* enable and set key EXTI interrupt to the lowest priority */
    nvic_irq_enable(EXTI0_IRQn, 2U, 0U);

    /* connect key EXTI line to key GPIO pin */
    syscfg_exti_line_config(EXTI_SOURCE_GPIOA, EXTI_SOURCE_PIN0);

    /* configure key EXTI line */
    exti_init(EXTI_0, EXTI_INTERRUPT, EXTI_TRIG_FALLING);
    exti_interrupt_flag_clear(EXTI_0);

    osKernelInitialize();    /* RTOS内核初始化 */

    /* 创建启动线程 */
    threadIdStart = osThreadNew(TaskStart, NULL, &threadAttrStart); 
    
    osKernelStart();    /* 开启多线程运行RTOS */

    /* 不应该运行到这里 */
    SysPrintf("system error!\n");
    while(1);
}

修改gd32f4xx_it.c中的按键中断服务函数:

/*!
    \brief      this function handles external lines 0 interrupt request
    \param[in]  none
    \param[out] none
    \retval     none
*/
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if(RESET != exti_interrupt_flag_get(EXTI_0))
    {
        /* 向启动线程发动线程标志1 */
        osThreadFlagsSet(threadIdStart, 1);

        /* 清中断标志 */
        exti_interrupt_flag_clear(EXTI_0);
    }
}

线程任务的实现:

//debug 输出到IAR的Terminal, IAR必须设置为半主机模式, 另外必须取消fputc函数的重定义
#define SysPrintf(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__)
//#define SysPrintf(fmt, ...) 


osThreadId_t threadIdStart = NULL;    //启动线程
osThreadId_t threadIdUser = NULL;    //用户线程

//启动线程参数
const osThreadAttr_t threadAttrStart = 
{
    .name = "threadStart",                /* 线程名称 */
    .attr_bits = osThreadDetached,         /* 线程属性 */
    .priority = osPriorityLow,            /* 线程优先级 */
    .stack_size = 1024,                    /* 线程栈大小,如果不指定则按照默认值设置  */
};

//用户线程参数
const osThreadAttr_t threadAttrUser = 
{
    .name = "threadUser",                /* 线程名称 */
    .attr_bits = osThreadDetached,         /* 线程属性 */
    .priority = osPriorityHigh,            /* 线程优先级 */
    .stack_size = 1024,                    /* 线程栈大小,如果不指定则按照默认值设置  */
};


/** 
 * [TaskUser]
 * @Brief   按键控制的用户线程, 目前只实现LED闪烁
 * @Param   argument $argument$
 */
void TaskUser(void *argument)
{
    for(;;)
    {
        /* turn on the LED */
        gpio_bit_set(GPIOC, GPIO_PIN_6);
        osDelay(500);

        /* turn off the LED */
        gpio_bit_reset(GPIOC, GPIO_PIN_6);
        osDelay(500);
    }
}

/** 
 * [TaskStart]
 * @Brief   启动线程, 这里创建系统功能线程和初始定时器
 * @Param   argument $argument$
 */
void TaskStart(void *argument)
{
    osThreadId_t osIdArr[10];
    int osThreadNum;
    int flgComm = 0;

    SysPrintf(">>>>> 基于GD32F427V-START移植RTX5测试demo <<<<<\n\n", osThreadNum);

    for(;;)
    {    
        /* 检索线程 */
        osThreadNum = osThreadEnumerate(osIdArr, 10);
        
        /* 打印当前的线程个数 */
        SysPrintf("线程个数: %d\n-------------------------\n", osThreadNum);

        /* 打印线程名 */
        for(--osThreadNum; osThreadNum>=0; osThreadNum--)
        {
            SysPrintf("%d线程名: %s \n", osThreadNum, osThreadGetName(osIdArr[osThreadNum]));    
        }
        SysPrintf("\n");

        /* 等待按键的标志组,1秒超时 */
        flgComm = osThreadFlagsWait(1, osFlagsWaitAny, 1000u);

        if(1 == flgComm)
        {
            /* 测试线程的创建和终止 */
            if(threadIdUser != NULL)
            {
                /* 删除用户线程 */
                osThreadTerminate(threadIdUser);
                threadIdUser = NULL;
            }
            else
            {
                /* 创建用户线程 */
                threadIdUser = osThreadNew(TaskUser, NULL, &threadAttrUser); 
            }        
        }
    }
}

3.测试

下载程序, 打开IAR的Terminal I/O并运行程序,然后系统打印出当前的线程个数为3,并输出线程名称。第一次按下User按键User线程被创建,线程数为4。第二次按下User键,User线程被删除此时线程个数恢复到3。

至此RTX5的移植和简单测试就完成了，欢迎各位批评指正。现将测试包分享给各位（附件下载作为备份）：
链接：https://pan.baidu.com/s/14IKYivC53SrxV7ZpM2EMDQ
提取码：2mv0

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