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TI MSP430F5438 (MSP430X) 微控制器的 FreeRTOS 演示
使用 IAR Embedded Workbench
[ 移植RTOS]


FreeRTOS 在 MSP 430F5438 实验板上运行

简介

本页记录了 MSP430X / MSP430F5438 微控制器的 FreeRTOS 演示应用程序 （该控制器由 Texas Instruments 提供）。 演示使用 IAR 适用于 MSP430 的 Embedded Workbench （来自 IAR Systems），面向官方 MSP-EXP430F5438 实验板（如果您希望使用替代开发板，我们也提供了说明 ）。

建议不要尝试在在低于 V5.20 的 IAR Embedded Workbench 版本 中打开演示项目，因为这样做会在不知情的情况下损坏项目文件。

移植和演示项目使用“大型”和“小型”数据模型进行开发和测试。 下面的构建配置表包含 有关使用小数据模型的重要信息。


此演示项目演示的 FreeRTOS 功能

该项目演示了以下 FreeRTOS 功能和技术：
  • “网关守卫”任务设计模式

    演示 LCD 任务是唯一允许访问 LCD 的任务， LCD 的“网关守卫”也是如此。要将字符串写入 LCD 的其他任务和中断 不会直接访问 LCD，而是 使用 FreeRTOS 队列将其希望显示的字符串 发送到 LCD 任务。

  • “控制器”任务设计模式

    LCD 任务还演示了“控制器”任务设计模式。 发送到 LCD 的消息是包含 消息类型和消息值参数的结构体。 通过首先检查消息类型，LCD 任务 了解如何处理 消息值（可以是整数、字符指针 或其他任何内容）。

  • 受控（非自由运行）的输入轮询

    按钮轮询任务使用 vTaskDelay() FreeRTOS API 函数 来控制读取按钮输入的速率。 这 消除了复合按钮反跳的需要，并防止 任务利用所有可用的处理时间。

  • （有效和间接地）从中断服务程序写入 LCD

    通常无法从中断服务程序有效地访问 慢速输出设备（例如 LCD）。 在本演示中，操纵杆选择按键 用于生成外部中断，中断服务程序 通过将字符串发送到一个消息队列中的 LCD 任务 来将字符串间接发送到 LCD。 如上所述， 这就是将 LCD 任务用作“网关守卫”任务。

  • 收集和显示运行时间统计信息

    运行时间统计信息提供了自嵌入式目标启动以来 分配给每个任务的处理时间量的信息。 时间以 绝对值和总运行时间的百分比形式表示 。

  • 空闲任务钩子函数

    该演示利用空闲任务钩子函数使处理器 处于低功耗状态。 但请注意，该演示使用许多不同演示使用的标准 任务实现来实现，因此 未针对低功耗操作进行优化。 将轮询任务转换为事件驱动任务， 降低滴答中断频率等， 可以实现更低的功耗。

  • 滴答中断钩子函数

    演示使用滴答中断钩子函数实现“看门狗” 类型函数。 该函数监视系统中的所有其他任务 以查找任何意外 行为。 然后会向 LCD/控制器任务发送 PASS 或 错误代码状态消息。 LCD/控制器 演示任务使用已接收消息的消息类型成员 将消息转译为状态消息，然后使用同一消息的 消息值成员来确定应该将哪个状态字符串 写入 LCD。

  • malloc() 失败钩子函数

    调用 pvPortMalloc() 失败时会调用 malloc() 失败钩子函数， 因为没有足够的可用 FreeRTOS 堆内存 来完成分配。 可以从应用程序任务中调用 pvPortMalloc() ，也可以 从创建任务、队列和信号量的 FreeRTOS API 函数中调用。

  • 查询未分配的 FreeRTOS 堆内存量

    在 RTOS 调度程序启动后从任务中调用 xPortGetFreeHeapSize()， 并将未分配的 FreeRTOS 堆内存量 （仍然可用的堆内存量） 输出至 IAR Embedded Workbench IDE 的终端 IO 窗口。

注意：如果项目构建失败，可能是使用的 IAR 嵌入式工作台版本过低。 如果构建失败， 那么也可能是项目文件（在无提示的情况下）已经损坏，因此需要 将其恢复至初始状态，然后才能使用新版本的 IAR 构建项目。


重要！使用 MSP430X IAR 演示的注意事项

使用此 RTOS 端口之前，请阅读以下所有要点。

  1. 源代码组织
  2. 演示应用程序
  3. RTOS 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 下载内容包含所有 FreeRTOS 移植的源代码，因此 包含的文件比此演示所需更多的文件。 请参阅本网站源代码组织部分， 了解关于已下载文件的说明 的相关信息。

MSP430F5438 演示的 IAR 工作区文件为 RTOSDemo.eww， 位于 FreeRTOS/Demo/MSP430X_MSP430F5438_IAR 目录下。

演示应用程序

演示应用程序硬件设置

演示应用程序包含中断驱动的 UART 测试。 这会产生两个 任务，包括一个发送任务和一个接收任务。 传输任务将字符发送到 UCA1 上，然后接收任务在同一个 UCA1 外围设备上接收字符。 接收任务 接收任务期望接收发送任务发送的字符，但由于 没有外部 9 路连接器，硬件内部配置为使用 环回模式。 因此，与其他 FreeRTOS 演示不同，无需 将外部环回连接器安装到 UART 即可进行 COM 端口测试。

请注意，UART 中断服务程序的实现是为了演示从 中断服务程序内部使用队列。 该示例无法 高效中断实现。 真正的应用程序应该 使用 DMA。 或至少传送和接收可使用 简单的 RAM 环形缓冲区，并在接收或传送完整消息时 使用信号量与任务同步。

该移植使用 Texas Instruments MSP-FET430UIF USB 调试接口 进行开发和测试。


构建和运行演示应用程序

IAR 项目包含三项构建配置。 所有的构建配置 都展示了相同的功能，但具有不同的运行时模型和优化 设置，如下表所述。

构建配置 说明
Debug_Large_Data_Model 配置为使用大型数据模型，零优化
Release_Large_Data_Model 配置为使用大型数据模型，最大限度优化。
Debug_Small_Data_Model 配置为使用小型数据模型，零优化。

注意： 使用常规 IAR 项目目标配置选项时 选择小型数据模型。 除此之外， 将汇编器预处理器符号定义为“__DATA_MODEL_SMALL__”，可将 FreeRTOS 配置为使用小型数据模型。 这是一种 汇编器预处理器符号，而不是编译器预处理器 符号。

  1. 在 Workbench IDE 中打开 FreeRTOS/Demo/MSP430X_MSP430F5438_IAR/RTOSDemo.eww 工作区。

  2. 从 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Rebuild All"。 项目若构建成功，不会报错或出现警告。

  3. 在 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Debug"。 MSP430X 闪存将使用新建的二进制内存进行编程。 然后调试器将启动并运行到 main() 函数。


功能性

此网页顶部列出了 MSP430X5438 演示项目演示的 FreeRTOS 功能。 main.c 源文件中包含的注释 提供了有关如何实现和实现此功能的 更多信息。

演示正确执行时，将观察到以下行为：

  • 每次 COM 测试传输任务传输一个 字符时，LED 2 都会切换。

  • LED 1由滴答中断钩子函数控制，用于 指示滴答中断正在运行。 每 0xFF 毫秒 切换一次。
  • 每 5 秒将在 LCD 上 显示一条状态消息。 如果 演示正在执行且没有错误，则状态将显示 为 PASS。 在所有其他情况下，状态消息将指示 哪个任务或测试报告了错误。

  • 按下或释放操纵杆 "up" 按钮 会在 LCD 上 显示字符串。 该字符串指示按钮状态。

  • 按下操纵杆 "select" 按钮 （直接向下朝向其底部的 PCB 按下）， 会在 LCD 上显示一条消息，指示产生了 按键中断。 它还将导致运行时间统计 （自演示启动之后，每个任务在运行状态下花费的时间） 被输出到 Embedded Workbench IDE 的 中断 IO 窗口中（请参见下方屏幕截图）。

    注意： 将运行时统计信息写入 IAR Embedded Workbench 终端 IO 窗口 可能需要几秒钟。 演示应用程序将 在此期间停止，直到演示应用程序恢复后 才会出现 LCD 消息。

以下图片是在调试会话期间的屏幕截图。 FreeRTOS 状态查看器的 “任务和队列”窗口可以在 屏幕截图底部。 终端 IO 窗口中可以看到运行时间 。

FreeRTOS MSP430X 调试会话屏幕截图
FreeRTOS 调试会话期间的屏幕截图。
经证明， FreeRTOS 状态查看器插件窗口可以在屏幕截图底部看到。
运行时间统计信息可以在终端 IO 窗口中看到。


RTOS配置和使用详情


配置 RTOS 滴答中断

FreeRTOS 需要独占使用定时器，该定时器能够生成 称为 RTOS “滴答”中断的快速周期性中断。 定时器在 用户可定义的钩子（或回调）函数中配置，因此应用程序编写者 可以灵活地决定实际使用哪个定时器外围设备。 钩子函数的名称和原型 如下图所示：

void vApplicationSetupTimerInterrupt( void );

须将常量 configTICK_VECTOR 设置为 所选外围设备的中断向量号。 configTICK_VECTOR 在 FreeRTOSConfig.h 头文件 中定义。 此演示项目包括 vApplicationSetupTimerInterrupt() 的实现，该实现配置时间 TA0 以生成滴答 中断，因此将 configTICK_VECTOR 设置为 TIMER0_A0_VECTOR。 仅在正 开发的应用程序需要 TA0 空闲用于其他目的时， 才必须修改提供的代码。


RTOS 端口特定配置

这些演示的特定配置项目包含在 FreeRTOS/Demo/MSP430X_MSP430F5438_IAR/FreeRTOSConfig.h 中。 可编辑 此文件中定义的常量，使其适合您的应用程序。 尤其是：
  • configTICK_RATE_HZ

    此常量设置了 RTOS tick 中断的频率。 提供的数值 1000 Hz 可用于 测试 RTOS 内核功能，但这超过了大部分应用程序的频率要求。 降低此值将提高效率。

每个移植都将 "BaseType_t" 定义为 对处理器而言最有效的数据类型。 此移植将 BaseType_t 定义为短整型。

请注意 vPortEndScheduler() 尚未实现。


中断服务程序

与大多数移植不同，导致上下文切换的中断服务程序 无特殊要求，可根据编译器文档编写。 宏 portYIELD_FROM_ISR() 可用于从 ISR 内请求上下文切换。 请注意，portYIELD_FROM_ISR() 须为 ISR 中的最后一个语句。

此演示项目提供了 FreeRTOS 中断服务程序示例， 即 main.c 中定义的 prvSelectButtonInterrupt() 和 serial.c 中 定义的 prvUSCI_A0_ISR()。 请注意，实现 prvUSCI_A0_ISR() 是为了强调移植并 演示中断使用的队列，并不是为了演示 高效或通用的中断服务程序！


在抢占式和协同式 RTOS 内核之间切换

将 FreeRTOS/Demo/MSP430X_MSP430F5438_IAR/FreeRTOSConfig.h 内的定义 configUSE_PREEMPTION 设置为 1 即可使用抢占式机制，设置为 0 可 使用协同式调度。


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

演示应用程序项目中内置 Source/Portable/MemMang/heap_1.c，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， 获取完整信息。




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