在 Atmel SAM4E-EK 上使用 FreeRTOS
包括 FreeRTOS-Plus-CLI、FreeRTOS-Plus-FAT SL 和 FreeRTOS-Plus-UDP
[RTOS 移植]
简介
此页面展示了针对 ATSAM4E 的 FreeRTOS 端口和的演示应用程序,
ATSAM4E 是 Atmel 的一个 32 位微控制器,
具有 ARM CORTEX-M4F 核心。 演示是使用功能丰富并且
免费的 Atmel Studio IDE 并
针对 SAM4E-EK 开发
硬件构建的。
演示项目的配置可用于构建简单的 blinky 演示或
综合测试和演示应用。 综合应用程序使用
FreeRTOS-Plus-CLI
命令行接口、FreeRTOS-Plus-UDP UDP/IP 堆栈和
FreeRTOS-Plus-FAT SL 超精益兼容 DOS 的 FAT 文件系统。
使用 FreeRTOS 的 SAM4E-EK jpg
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带 FreeRTOS 内核感知插件的 Atmel Studio
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重要! 使用此 ARM Cortex-M4F 演示的注意事项
在使用此 RTOS 端口之前,请阅读以下所有要点。
- 源代码组织
- 演示应用程序
- 配置和使用详情
另请参阅常见问题:我的应用程序未运行,问题可能出在哪里?
源代码组织
FreeRTOS 下载包含
所有 RTOS 端口的源代码和演示应用程序,因此它包含的大多数文件与
SAM4E-EK 演示无关。
请参阅源代码组织章节以详细了解
下载的文件。
构建 SAM4E-EK RTOS 演示的 Atmel Studio 项目位于
FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4_ATSAM4E_Atmel_Studio 目录。 注意:
Atmel Studio 项目引用来自
FreeRTOS 和 FreeRTOS-Plus 目录树内多个目录的文件,因此项目将仅从此目录生成。
演示应用程序
功能
常量 mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY,定义于
main.c 的顶部,用于在简单 "blinky" 样式的入门项目
以及更全面的应用程序之间进行切换,其中包括额外的 FreeRTOS-Plus
命令行、联网和 FAT 文件系统组件。
当 mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY 设置为 1
当 mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY 设置为 1 时,main() 调用 main_blinky()。
main_blinky() 会创建一个非常简单的示例,示例使用一个软件定时器,一个
队列和两个任务。
-
Blinky 软件定时器:
此示例展示了自动重载的软件定时器。定时器回调
的唯一功能是切换 LED。
-
队列发送任务:
队列发送任务由 prvQueueSendTask() 函数实现。
任务位于每 200 毫秒向队列发送一次值 100
的循环中。
-
队列接收任务:
队列接收任务由 prvQueueReceiveTask()
实现。任务位于一个循环中,阻止
从队列读取的尝试(在阻塞时不消耗 CPU 周期),
每收到一个值就切换一个 LED。 队列发送任务
每 200 毫秒写入队列,所以队列接收任务
每 200 毫秒切换一次 LED。
当 mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY 设置为 0
当 mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY 设置为 0时,main() 调用 main_full()。
main_full() 会创建一个交互式测试和演示应用程序,
这个应用程序会创建大量 RTOS 任务和软件定时器,包括网络连接。
如果 ipconfigUSE_DHCP
在 FreeRTOSIPConfig.h 中被设置为 1,则 SAM4E-EK 必须
连接到包含 DHCP 服务器的网络中。 如果 ipconfigUSE_DHCP
在 FreeRTOSIPConfig.h 中被设置为 0,则演示将使用静态 IP 地址,
这个地址是由 configIP_ADDR0 到 configIP_ADDR3 之间的常量
在 FreeRTOSConfig.h 中定义的(而不是在 FreeRTOSIPConfig.h 中定义)。 在每种情况下, 使用的 IP 地址
获取后会显示在 LCD 屏幕上。
静态 IP 地址
必须与它们所连接的网络兼容。 如果
配置的 IP 地址的前三个八进制数与
已经在网络中的其他 IP 地址的前三个八进制数相匹配,那么就能确保它们是兼容的。
配置 MAC 地址使用的是
同样在 FreeRTOSConfig.h 中定义的常量,configMAC_ADDR0 到 configMAC_ADDR5。 每个
连接到网络的节点必须使用唯一的 MAC 地址。
演示中包含的功能:
-
通过 FreeRTOS-Plus-UDP 套接字访问 FreeRTOS-Plus-CLI
FreeRTOS-Plus-UDP 用于为命令行接口提供输入和输出
。 可以通过
任何 UDP 哑终端访问命令行接口。 默认情况下,端口 5001 用于发送到
CLI,端口 5002 用于接收来自 CLI 的回复。
下面的图片 显示了
空闲 YAT 终端
正是用于此目的。
在 FreeRTOS-Plus-CLI 中,输入“帮助”来查看已注册
命令的列表,在这种情况下包括
一组通用命令、一组 FAT 文件系统相关命令,
和一组与联网相关的命令。
请注意,至少在撰写本文时,演示中的网络驱动程序
只具有基本功能,
不会展示以太网硬件的全部功能。
对 YAT 进行配置,
使其连接到位于 IP 地址 192.168.0.13 上的 CLI
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CLI 会话示例。
单击以放大
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使用 FreeRTOS-Plus-FAT SL 创建、查看、复制和删除文件
FAT 文件系统创建一组示例文件,可以通过
命令行界面访问并操作。 此示例
的功能与
FreeRTOS-Plus-FAT SL Win32 模拟器演示文档页面 中展示的相同,
对于后者,我们同样提供了视频演示。 注意: 请参考
此页上的说明连接到 CLI,而非
在 Win32 演示页面上或视频中的说明。
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FreeRTOS-Plus-UDP 回显客户端示例
如果将 mainINCLUDE_ECHO_CLIENT_TASKS 在 main_full.c 的顶部设置为 1,
那么标准 UDP 回显示例
将被创建。 回显服务器的 IP 地址由
常量 configECHO_SERVER_ADDR0 到 configECHO_SERVER_ADDR3 设定,
它们位于 FreeRTOSConfig.h 中。
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标准演示任务和检查软件定时器
演示会创建大量的标准演示任务。
这些任务没有特定的
功能,只用于测试 RTOS 端口并演示 FreeRTOS
API。
标记为 D2 的 LED 由一个标准演示软件计时器以闪烁的形式控制。
会创建一个“检查软件定时器”,为
标准演示任务的状态提供视觉反馈。 软件计时器监控所有其他
任务,然后切换 LED D4。 如果所有其他任务都如期正常运行。
那么 LED 将每 3 秒切换一次。 如果在其他任何任务中
发现疑似错误,那么 LED 的切换频率将增加到
每 200 毫秒一次。
使用 Atmel Studio 构建和调试演示应用程序
-
从 Atmel Studio IDE 中打开项目(关于项目的名称和位置,
请参阅本页面顶部的
源代码组织部分)。
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使用合适的调试器接口连接到 SAM4E-EK 硬件。 示例
项目是使用 J-Link 创建和测试的。
-
从 Atmel Studio 的“构建”菜单中选择“重建 RTOS 演示”(或按 F7 )
以构建演示项目。
-
从 Atmel Studio 的“调试”菜单中选择“开始调试和中断”
对微控制器闪存进行编程并且启动调试会话。
ARM Cortex-M4 FreeRTOS 端口特定配置
此演示的特定配置项目包含在 FreeRTOS/Demo/cortex_M4_ATSAM4E_Atmel_Studio/src/config/FreeRTOSConfig.h 中。
您可以根据您的应用程序的需求,编辑此文件中定义的常量。 特别是:
-
configTICK_RATE_HZ
此常量设置了 RTOS tick 中断的频率。 此演示
使用的设置取决于 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置。
-
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 和 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
请 参阅 RTOS 内核配置文档,获取这些配置常量的完整信息。
-
configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 和 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
尽管 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 和 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
是完整的 8 位偏移值,定义为原始值,直接用于
ARM Cortex-M4 NVIC 寄存器;configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY
和 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
与其等效,但定义为仅使用 4 个优先级位,用于 SAM4
NVIC。
提供这些值是因为 CMSIS 库函数 NVIC_SetPriority()
需要未偏移的 4 位格式。
请注意!: 请参阅说明如何在 ARM Cortex-M 设备上设置中断优先级的页面。 请记住,ARM Cortex-M 核心中,
数字越小表示中断优先级越高。 这一点
可能有悖直觉,容易混淆! 如果要将
中断设置为低优先级,请不要将其优先级指定为 0(或其他低数值),
因为这会导致该中断在系统中具有
最高优先级,并且如果这个优先级
高于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY,可能会导致系统崩溃。 另外,请勿忘记
分配中断优先级,因为默认情况下,中断优先级为 0,
这可能导致其处于最高优先级。
ARM Cortex-M 核心上的最低优先级实际上是 255,但不同
ARM Cortex-M 微控制器制造商会实现不同数量的优先级位,
并提供优先级指定方式不同的库函数。 例如,
在Atmel SAM4 ARM CORTEX-M4微控制器上,您可以指定的最低优先级实际上为15 -这是由
FreeRTOSConfig.hCONFIGLIBRARY_LOWEST_INTRUPT_PROJECT中常数定义的。 可指定的最高优先级
始终为零。
我们还建议确保将所有优先级位分配为
抢占式优先级位,并且不设置子优先级位,就和演示
中的一样。
每个移植 #defines 'BaseType_t' 为对该处理器而言最有效的
数据类型。 此移植将 BaseType_t 定义为长类型。
中断服务例程
与许多 FreeRTOS 移植不同的是,引发上下文切换的中断服务例程
无特殊要求,可根据编译器文档进行编写。
宏 portEND_SWITCHING_ISR() 可用于在
中断服务程序内请求上下文切换。
请注意,portEND_SWITCHING_ISR() 将启用中断。
下列源代码片段仅作为示例提供。 中断
使用信号量与任务(未显示)同步,并调用 portEND_SWITCHING_ISR()
以确保如果任务的优先级等同或高于中断优先级,
则中断会直接返回到任务。
void Dummy_IRQHandler(void)
{
long lHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
/* Clear the interrupt if necessary. */
Dummy_ClearITPendingBit();
/* This interrupt does nothing more than demonstrate how to synchronise a
task with an interrupt. A semaphore is used for this purpose. Note
lHigherPriorityTaskWoken is initialised to zero. */
xSemaphoreGiveFromISR( xTestSemaphore, &lHigherPriorityTaskWoken );
/* If there was a task that was blocked on the semaphore, and giving the
semaphore caused the task to unblock, and the unblocked task has a priority
higher than the current Running state task (the task that this interrupt
interrupted), then lHigherPriorityTaskWoken will have been set to pdTRUE
internally within xSemaphoreGiveFromISR(). Passing pdTRUE into the
portEND_SWITCHING_ISR() macro will result in a context switch being pended to
ensure this interrupt returns directly to the unblocked, higher priority,
task. Passing pdFALSE into portEND_SWITCHING_ISR() has no effect. */
portEND_SWITCHING_ISR( lHigherPriorityTaskWoken );
}
只有以 “FromISR” 结尾的 FreeRTOS API 函数可以从
中断服务例程中调用 - 而且中断的优先级须
小于或等于 configMAX_SYSCALL_interrupt_PRIORITY
配置常量(或 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY)设置的优先级。
FreeRTOS 使用的资源
FreeRTOS 需要独占 SysTick 和 PendSV 中断。 其也使用 SVC 编号 #0。
抢占式内核和协作式 RTOS 内核之间的切换
将 FreeRTOSConfig.h 中的定义 configUSE_PREEMPTION 设置为 1 即可使用抢占式内核,
可使用协作式内核。 选择协作式 RTOS 调度器时,完整的演示应用程序可能
无法正确执行。
编译器选项
与所有的端口一样,使用正确的编译器选项至关重要。 若要确保这一点,
最佳方法是基于提供的演示应用程序文件构建您的应用程序。
内存分配
Source/Portable/MemMang/heap_4.c包含在ARM Cortex-M4演示应用项目中,以提供
RTOS 内核所需的内存分配。
请参阅 API 文档的内存管理部分,
以获取完整信息。
其他事项
请注意,vPortEndScheduler() 尚未实现。
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