Microchip ARM Cortex-M4F CEC1302
低功耗 RTOS 演示——使用 Keil、GCC 和 MikroC 开发工具
[RTOS 移植]

简介

• Keil uVision，使用 ARM 编译器
• Keil uVision，使用 GCC 编译器
• ARM 的 mikroC Pro

该项目可配置为创建一个简单的 "blinky" 样式的项目，用于演示如何利用 RTOS 的 RTOS 的无滴答空闲功能， 或创建一个更全面的测试和演示应用程序，用于测试移植完整性和演示多项 RTOS 功能。

重要！关于使用 FreeRTOS CEC1302 演示项目的说明

1. 源代码组织
2. 演示应用程序
3. RTOS 配置和使用详情

源代码组织

• 使用 ARM 编译器的 Keil uVision 项目称为 RTOSDemo.uvprojx，位于 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4F_CEC1302_Keil_GCC/Keil_Specific 目录（主 FreeRTOS 下载）中。

• 使用 GCC 编译器的 Keil uVision 项目也称为 RTOSDemo.uvprojx，位于 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4F_CEC1302_Keil_GCC/GCC_Specific 目录（主 FreeRTOS 下载）中。

• ARM 项目的 MikroC Pro 称为 RTOSDemo.mcpar，位于 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4F_CEC1302_MikroC/MikroC_Specific 目录（主 FreeRTOS 下载）中。

Microchip ARM Cortex-M4 RTOS 演示应用程序

硬件设置：uVision 项目

ulLED 变量随宏 configTOGGLE_LED() 递增， 该宏在 FreeRTOSConfig.h 中定义。 如果目标硬件有备用 LED， 则可以更新 configTOGGLE_LED() 以便使用 LED。 否则，可以将 ulValue 添加到 uVision IDE 的数据监视窗口中，在该窗口中， 可以看到该值随着 RTOS 演示应用程序的执行而更新（前提是使用了合格调试接口，例如 ULINK）。

uVision 项目的 ARM 编译器和 GCC 编译器版本也可以在下节所述的 Clicker 硬件上执行，方法是新增一条适配器数据线，将 Mikro mProg 数据线映射到标准的 ARM JTAG 连接器上。 所需的输出引脚详见下表（假设为 20 引脚 JTAG 连接器）。

硬件设置：ARM 项目 的 MikroC Pro

功能

ConfigCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 1 时的功能

• 该演示会创建两个任务，一个 Rx 任务和一个 Tx 任务。

• Rx 任务会阻塞队列以等待数据，每次收到数据时闪烁 （打开然后再次关闭）一次 LED （或切换 ulLED 变量）。 LED 只是短暂闪烁， 因此不会消耗太多电流。

• Tx 任务每隔 1000 毫秒通过队列向 Rx 任务发送值（导致 Rx 任务退出阻塞状态，使 LED 闪烁）。

当 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 1 时观察到的行为

configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 1 时 RTOS 的实现

针对 CEC1302 的无 tick 实现中包括相同的 configPRE_SLEEP_PROCESSING() 和 configPOST_SLEEP_PROCESSING() 宏，关于两个宏的更多详情， 请参见记录通用 Cortex-M 无 tick 实现的页面。 预休眠宏可定义为在进入低功耗状态之前 采取额外的特定于应用程序的操作来提高能效， 而后休眠宏可定义为 反转预休眠宏所采取的任何操作。 例如， 如果将预休眠宏定义为关闭外设， 将后休眠宏定义为再次打开外设， 则外设会在每次进入休眠模式之前自动关闭， 并在每次退出休眠模式时再次自动打开。

configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为 0 时的功能

• 任务通知
• 事件组
• 软件定时器
• 队列
• 信号量
• 互斥锁
• 静态分配 RTOS 对象

创建“检查”任务，用于定期检查标准 演示任务，以确保所有任务 都按预期运行。 检查任务会切换 LED（或增加 ulLED 变量）。 这直观地反映出了系统的 健康状况。 如果 LED 每 3 秒切换一次，则 检查任务未发现任何问题。 如果 LED 每 200 毫秒切换一次，则表明检查任务 在一个或多个任务中发现了问题。

构建和执行演示应用程序

将 GCC 编译器与 uVision 项目一起使用

1. 确保主机上安装了合适的 GCC 编译器。 该项目 采用 arm-none-eabi-gcc 编译器创建和测试， 所需的预创建二进制文件可从 launchpad.net 网站免费获取。

2. 在 Keil IDE 中打开 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4F_CEC1302_Keil_GCC/GCC_Specific/RTOSDemo.uvprojx 。

3. 在 uVision IDE 中打开 "Manage Project Items" 窗口（"Project->Manage->Project Items" 菜单项） 并为主机设置正确的 GCC 前缀和安装文件夹 。
   
   设置 GCC 编译器二进制文件的路径
   请注意，路径不包括培训 "/bin"

4. 打开 FreeRTOSConfig.h，并将 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为生成无 低功耗无滴答模式演示，或完整测试和演示应用程序， 根据需求操作。

5. 确保使用合适的调试连接器（例如 ULINK2）连接目标硬件和主机。

6. 在 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Rebuilt All Target Files"， RTOS 演示项目的构建应该不会报错或出现警告。

7. 构建完成后，从 IDE 的 "Debug" 菜单中选择 "Start/STOP Debug Session" 将应用程序下载到 CEC1302 ARM Cortex-M4F 微控制器 RAM 内存， 启动调试会话，并使调试器在进入 main() 函数时中断。 如果调试会话没有按预期启动，请确保调试选项， 尤其是调试选项中的 "Connect & Reset Options" 部分应按下图设置。
   
   "Connect & Reset Options" 选项

将 ARM 编译器与 uVision 项目一起使用

1. 在 Keil IDE 中打开 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4F_CEC1302_Keil_GCC/Keil_Specific/RTOSDemo.uvprojx 。

2. 打开 FreeRTOSConfig.h，并将 configCREATE_LOW_POWER_DEMO 设置为生成无 低功耗无滴答模式演示，或完整测试和演示应用程序， 根据需求操作。

3. 确保使用合适的调试连接器（例如 ULINK2）连接目标硬件和主机。

4. 在 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Rebuilt All Target Files"， RTOS 演示项目的构建应该不会报错或出现警告。 尽管链接器也可能会出于下述原因发出警告： 为了将最大数量的测试添加到全面演示中， 在链接器脚本的配置中，已将代码和数据放入命名相同的部分中。

5. 构建完成后，从 IDE 的 "Debug" 菜单中选择 "Start/STOP Debug Session" 将应用程序下载到 CEC1302 ARM Cortex-M4F 微控制器 RAM 内存， 启动调试会话，并使调试器在进入 main() 函数时中断。 如果调试会话没有按预期启动，请确保调试选项， 尤其是调试选项中的 "Connect & Reset Options" 按上文 GCC 说明中的图示要求设置 。

将 ARM 的 MikroC Pro 编译器与 Clicker 硬件一起使用

1. 在 MikroC Pro IDE 中打开 FreeRTOS/Demo/CORTEX_M4F_CEC1302_MikroC/MikroC_Specific/RTOSDemo.mcpar 。

2. 打开 "Search Paths" 窗口（"Projects->Edit Search Paths" 菜单项） 并更新主机的正确源文件路径和头文件路径 。
   
   设置源文件和头文件的路径
   
   

3. 如本页所提供，MikroC 演示使用 FreeRTOS/Source/portable/MemMang/heap_4.c 内存分配器，并定义了 malloc 失败钩子 。 此外，还必须对 heap_4.c 源文件做少量编辑， 使其与 MikroC 编译器兼容。 打开 heap_4.c 源文件并定位 以下代码：

   #if( configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK == 1 )
   {
       if( pvReturn == NULL )
       {
           extern void vApplicationMallocFailedHook( void ); /* Move this line. */
           vApplicationMallocFailedHook();
       }
       else
       {
           mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
       }
   }
   #endif
   		

   将突出显示的行（以 "extern" 开头的行）从当前位置 移动到源文件的顶部，使其具有文件范围 而非块范围。

先确保 Clicker 硬件通过其 USB 端口供电， 并使用 MikroProg 闪存编程器连接，然后才能从 "Tools" 菜单中选择 "mE Programmer" 将可执行镜像下载到 CEC1302 ARM Cortex-M4F 微控制器。 如果下载未按预期开始， 请检查 "Programmer/Debugger Options" 是否按下图要求（"Tools->Programmer/Debugger Options" 菜单项）设置。

所需的编程器和调试选项

RTOS 配置和使用详情

ARM Cortex-M4 FreeRTOS 移植特定配置

• 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，定义为仅使用 CEC1302 NVIC 中实现的 3 个优先位 。 提供这些值是因为 CMSIS 库函数 NVIC_SetPriority() 需要未移位的 3 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，请勿忘记指定中断优先级， 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， Microchip CEC1302 ARM Cortex-M4 微控制器上可以指定的最低优先级实际上为 7，这是由 FreeRTOSConfig.h 中的常量 configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 定义。 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指定为 抢占式优先级位，不要将任何优先级位指定为子优先级位。

每个移植都将 "BaseType_t" 定义为 数据类型。 此移植将 BaseType_t 定义为长整型。

聚合中断和分解中断

中断服务程序

请注意，portYIELD_FROM_ISR() 将使中断处于启用状态。

下列源代码片段仅作为示例提供。 中断 使用直达任务通知 以同步任务（未显示），并调用 portYIELD_FROM_ISR()， 以确保如果任务的优先级等于或高于中断任务的优先级， 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 task notification is used for this purpose.
    Note lHigherPriorityTaskWoken is initialised to zero. */
    vTaskNotifyGiveFromISR( xHandlingTask, &xHigherPriorityTaskWoken );

    /* If the notified task was blocked waiting for the notification, and the
    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 vTaskNotifyGiveFromISR().  Passing
    pdTRUE into the portYIELD_FROM_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 portYIELD_FROM_ISR()
    has no effect. */
    portYIELD_FROM_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

抢占式内核和协作式 RTOS 内核之间的切换

编译器选项

内存分配

其他事项