Intel^® Galileo 上的 FreeRTOS
(x86 Quark^™ SoC X1000)
[RTOS 移植]

简介

FreeRTOS Eclipse 插件显示
Galileo
Quark X1000 SoC 上运行的任务的状态。 点击放大。

FreeRTOS IA32 移植实现了一个完整的中断嵌套模型， 利用独立的系统堆栈来节省 RAM， 并且从不全局禁用中断（尽管硬件本身在中断进入时禁用中断）。

重要提示！FreeRTOS IntelQuark SoC 演示使用说明

1. 源代码组织
2. RTOS 演示应用程序
3. 构建说明
4. 在 Galileo 第 2 代主板上运行 RTOS 演示
   • 创建初始可启动 SD 卡
   • 使用 SD 卡启动 FreeRTOS
   • 使用 SCP 更新 RTOS 可执行程序（通过网络）

5. 在 Galileo 第 2 代主板上调试 RTOS 演示
6. RTOS配置和使用详情
   • FreeRTOS Intel IA32 移植特定配置
   • 中断服务程序

源代码组织

用于构建和调试演示的 Eclipse 项目位于 FreeRTOS/Demo/IA32_flat_GCC_Galileo_Gen_2 目录中。 请注意，RTOS 项目包含目录结构中其他位置的文件， 因此，如果目录结构已被更改，项目可能无法构建。

Intel Quark SoC X1000 演示应用程序

硬件和软件设置

UART 使用 115200 波特率、无奇偶校验位、8 个数据位和 1 个停止位。

功能

mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY 设置为 1 时的功能

• “队列发送”任务

  “队列发送”任务每 200 毫秒将值 100 发送到队列。

• “队列接收”任务

  “队列接收”任务从队列中读取值，并在每次收到数值 100 时， 切换 LED，并将 LED 状态写入 UART。

如果简单的 blinky 演示正常工作，则 LED 将每 200 毫秒切换一次。

mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY 设置为 0 时的功能

• 中断嵌套
• 使用 下文中断服务程序 部分所述的两种方法设置中断。
• 直达任务通知。
• 软件定时器。
• 队列。
• 信号量。
• 互斥锁。
• 事件组。
• 队列集。

完整演示包含一个“检查”任务。 检查任务定期 监测演示中的所有其他任务，然后切换 LED 并向 UART 打印状态代码。 如果 LED 每五秒钟切换一次，且打印 状态代码为 0 ，则检查任务未检测到任何意外行为。 如果 LED 每秒切换一次，则检查任务已检测到 意外行为，并且导致潜在错误的原因被锁定在 状态代码值中-可以通过检查 main_full.c 源文件中 prvCheckTask() 的实现来确定状态代码的含义。

构建说明

请注意，演示是在 Windows 主机上开发和测试的。 在 Linux 主机上构建演示的任何问题都很可能 与包含文件名或包含路径中使用的字母大小写有关。 请报告 任何此类错误，以便予以纠正。

要构建 RTOS 演示应用程序：

1. 如果尚未安装，请下载并安装 Eclipse CDT 发行版。

2. 如果尚未安装，请下载并安装 x86 GCC elf 编译器。 项目的开发和项目预配置都使用 从 osdev.org 网站引用的预建 i686-elf-gcc GCC 工具链 。

   注意：已发现， 上面提到的编译器对不属于编译器包的 DLL 有依赖性。 解决这一问题最简单的方法是 同时安装 MingW编译器，并确保 MingW bin 目录也在你的路径中， 因为它带有必要的 dll 文件。 如果任何人知道 没有这种外部依赖性的 elf 编译器， 请告知我们。

   COFF 编译器（如 MingW），也可以用来构建该实例， 但可能需要 调整项目设置，而且不会提供这么好的 调试体验。

3. 理想情况下，确保编译器的 bin 目录的路径包含在 Windows PATH 环境变量中。 也可以将路径设置在 Eclipse 项目本身中-稍后对此进行说明。

4. 如果您的主机系统没有提供 “rm” 实现（删除文件） 命令，则可能需要提供或安装一个这种实现，以便执行 "build clean" 操作。 UnxUtils 软件包提供了一个适合在 Windows 上使用的预建版本。 确保 'rm' 可执行程序也位于包含在 Windows PATH 环境变量中的路径中。

5. 打开 Eclipse IDE 并创建一个新的工作区或按提示选择一个现有的 工作区。

6. 从 IDE 的 "File" 菜单中选择 "Import"， 弹出导入对话框。

7. 在 "Import" 对话框中，选择 "General->Existing Projects Into Workspace"， 然后浏览并选择 FreeRTOS/Demo/IA32_flat_GCC_Galileo_Gen_2 目录。 您将看到一个名为 "RTOSDemo" 的项目。

8. 在点击 "Finish" 之前，确保已选中 RTOS 演示， 并且未勾选 "Copy Projects Into Workspace"。
   
   将RTOS 演示导入 Eclipse 工作区， 不要将其复制到工作区中。

   
   

9. 如果您使用的是 GCC 编译器而非 i686-elf-gcc 发行版， 或者如果您需要设置编译器的路径， 那么您可以按照下列指示设置 Eclipse 项目的 “交叉编译器”：

   从 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Properties"， 弹出属性对话框。 在对话框中选择 "C/C++Build->Settings->Cross Settings"， 然后设置将要使用的编译器的名称， 必要时设置路径。

   
   在 RTOS 项目的属性对话框中设置编译器的路径

   
   

10. 打开 main.c 并根据需要设置 mainCREATE_SIMPLE_BLINKY_DEMO_ONLY，生成 简单的 blinky 演示或完整的测试和演示应用程序 。

11. 在 IDE 的 "Project" 菜单中选择 "Build All"。 该项目应在 不产生错误的条件下构建-如果不是如此， 请参阅下面的构建故障排除提示。

构建故障排除提示：

• GCC 编译器应自动定位标准库头文件， 在这种情况下，头文件的路径将显示在项目选项中， 如下图所示。 点击图片 放大：

  应自动设置的项目选项

  如果您收到如 "Symbol NULL could not be resolved" （符号 NULL 无法解析）或 "Type size_t could not be resolved" （类型 size_t 无法解析）等错误，那么您可能需要 在项目选项中手动设置头文件的路径。

• 有报告指出，如果 Eclipse 不是以管理员权限运行， 可能会出现构建错误。

在 Galileo 第 2 代主板上运行 RTOS 演示

关于创建 GRUB 镜像的完整说明， 请参阅 此链接中的 pdf 文件。 为了 简单起见， 此链接上还提供了预建 SD 卡图像。 下面提供了有关使用预置 SD 卡图像的简要说明。 具体说明请参阅 pdf 文件。

在继续之前，可能需要更新 Galileo 固件- 在同一 pdf 文件中还提供了关于更新所述固件的说明。

SD 卡必须格式化为 FAT 或 FAT32，容量小于等于 32 G 字节，并采用 SDHC 规格。 不支持 SDXC 规格。

创建初始可启动 SD 卡

1. 以管理员身份打开命令提示符 (cmd.exe)。

2. 在命令提示符中运行 diskpart.exe 以启动磁盘分区实用程序。

3. 输入以下磁盘分区命令：
   • select volume n [其中 'n' 是 windows 分配给 SD 卡的盘符。 例如，如果 SD 卡 是驱动器 z，则您需输入“select volume z”。]
   • clean
   • create part primary
   • active
   • format quick label="BOOTME"
   • exit

4. 将预先构建的 SD 映像解压 到已分区和格式化的 SD 卡的根目录中，这样 SD 卡的根目录 就包含了启动文件夹，以及 bzImage（和其他）文件。

5. 将创建 RTOS 演示时生成的 RTOSDemo.elf 文件复制到 SD 卡上的 /kernel 目录中。

使用 SD 卡启动FreeRTOS

1. 使用合适的串行电缆 将 Galileo 连接到运行哑终端程序（如 Tera Term）的主机上。 连接使用 115200 波特，无奇偶校验，8 个数据位，无停止位。

2. 按照上述说明创建 SD 卡后， 将 SD 卡插入 Galileo 第 2 代硬件的插槽中。

3. 重置 Galileo 主板。

4. 哑终端将显示启动选项菜单。 选择 "Multiboot GRUB"，或者简单地让菜单超时，因为 Multiboot GRUB 是默认选项。
   
   启动选项菜单

   
   

5. 然后，终端将显示 Multiboot GRUB 菜单。 选择 "FreeRTOS Demonstration"， 或者简单地让菜单超时，因为 FreeRTOS 演示是默认选项。 RTOS 演示将开始执行。
   
   多重启动 GRUB 菜单

   
   

使用 SCP 更新 RTOS 可执行程序（通过网络）

要使用 SCP 更新 RTOS 演示 elf 文件：

1. 如果尚未安装，请下载并安装 WinSCP ， 或其他兼容的 SCP 客户端。

2. 重新启动 Intel Galileo 硬件，然后使用多重启动 GRUB 菜单 选择 "Clanton SVP kernel"，这将启动 Linux 而不是 FreeRTOS 。

3. 等待 Linux 启动，提示时，输入"root" 作为用户名，输入 "intel" 作为 密码。

4. 确保在起动 WinSCP 之前， Galileo 主板与主机连接到同一网络。

5. 使用下图所示的设置创建并连接一个 WinSCP 会话。 密码是 'intel'。
   
   必要的 WinSCP 会话设置

   
   

6. 连接 WinSCP 后，将新的 RTOS 演示 elf 文件复制到 "/media/realroot/kernel" 目录，如下图所示。
   
   必须将更新的 FreeRTOS 镜像复制到其中的目录

   
   

7. 在 Linux 命令控制台中输入 "reboot"。 这将确保 在重启 Galileo 进入 FreeRTOS 之前，更新的 elf 文件被提交到 SD 卡。

在 Galileo 第 2 代主板上调试 RTOS 演示

这些指令仅将镜像下载到 RAM 中，因此更新的镜像 不具有持久性，所以在 Galileo 重置后将不可用。

要将新的 RTOS 演示可执行程序下载到 RAM，请启动调试会话：

1. 如果尚未安装，请下载并安装 OpenOCD。

2. 使用合适的基于 FTDI 的 JTAG 适配器 将 Galileo 第 2 代评估板与主机相连。

3. 打开命令控制台，导航到安装有 openocd.exe 的目录，并执行以下命令以 按照要求配置启动 OpenOCD。 请注意，该命令应在单行输入， 并假设正在使用 ARM-USB-OCD-H 接口。
   

   openocd.exe -f ..scriptsinterfaceftdiolimex-arm-usb-ocd-h.cfg
                                            -f ..scriptsboardquark_x10xx_board.cfg
   		

4. 在 FreeRTOS 中引导 Galileo，如上所述。

5. 在 Eclipse 中，使用 "Run->Debug Configurations..." 菜单项创建 新的调试配置，如下图所示。 点击图像放大
   
   创建调试配置-步骤 1

   
   
   创建调试配置-步骤 2

   
   
   创建调试配置-步骤 3。
   图中 不可见的选项留空

   
   

6. 单击“调试”以使用 GDB 连接 Galileo。 请参阅下面的调试故障排除 提示。

7. 在 Eclipse IDE 内有多个控制台可用。 选择 GDB 控制台， 如下图所示：

   
   

   
   在 Eclipse 中选择 GDB 控制台

   
   

8. 在 GDB 控制台中，输入以下命令， 用您安装的 RTOS 演示 elf 文件的正确路径替换 [输入路径]。 请参阅下面的调试故障排除提示。 为了简单起见， 可以在脚本中加入以下命令。

   monitor reg eflags 0x0
   flushregs
   echo Downloading elf file.  Please wait.
   monitor load_image C:[enter path]/RTOSDemo.elf 0
   symbol-file C:[enter path]/RTOSDemo.elf
   set $eip=_restart
   c
   

   RTOS 演示 elf 文件应下载到 RAM（这需要一些时间）， 然后开始执行。

调试故障排除提示：

• 如果第一次启动调试会话时， 没有显示正确的源码行，或汇编代码行， 那么请尝试在调试器中进行单步操作。 有时候，这会导致刷新，然后 正确代码将显示。

• 留意 OpenOCD 运行的控制台窗口。 如果它 开始显示 "invalid memory" （无效内存）错误，则可能需要重置 并重新启动 OpenOCD。

• 如果您是通过下载镜像到 RAM 来开发， 并且您想让调试器在进入 main 时停止， 则请在上面说明的第 8 步的 "c"（继续）命令前 加上 "b main"（在 main 上断点）命令。

• 如果您是通过将新 RTOS 镜像复制到 SD 卡来开发， 则请重新启动 Galileo，并且如果您希望调试器在进入 main 时停止， 请在 main.c 原文件顶部将 #define mainWAIT_FOR_DEBUG_CONNECTION 设置为 1。 这将导致应用程序在 main() 的顶部出现一个循环， 使您有机会在应用程序开始正常执行之前 连接调试器。 一旦调试器被连接， 它可以用来将 ulExitResetSpinLoop 的值改为任何非零值， 这样就可以退出循环。 也可以通过 按下控制台中的一个键来退出循环。

RTOS 配置和使用详情

FreeRTOS Intel IA32 运行时模型

FreeRTOS Intel IA32 移植特定配置

需要以下 Intel IA32 目标常量， 而不仅仅是标准 FreeRTOS 配置常量：

• configISR_STACK_SIZE

  FreeRTOS 会在中断进入时 将正在使用的堆栈切换到专用的中断/系统堆栈。 configISR_STACK_SIZE 定义了 可以存储在系统堆栈上的 32 位数值的数量， 必须大到足以容纳一个潜在的嵌套中断堆栈帧。

  使用单独的系统堆栈意味着分配给任务的堆栈都可以更小， 因为它们不需要包括嵌套的中断堆栈帧的空间 。

  改变这个参数就必须进行彻底的清理和重建， 以确保编译文件也被重建。

  
  

• configSUPPORT_FPU

  如果 configSUPPORT_FPU 设置为 1，则任务可以选择 浮点上下文（浮点寄存器将保存为 任务上下文的一部分）。

  任务未使用 FPU 上下文创建，并且在它们调用 vPortTaskUsesFPU() 之前，它们不可使用任何 FPU 指令。

  
  
  void vPortTaskUsesFPU( void );
  
  
  
  vPortTaskUsesFPU() function prototype
  
  

  
  如果 configSUPPORT_FPU 设置为 0， 那么决不能使用浮点指令。

  更改此参数必须进行彻底的清理和重建， 以确保装配文件也被重建。

  
  

• configUSE_COMMON_INTERRUPT_ENTRY_POINT

  如果 configUSE_COMMON_INTRUPT_ENTRY_POINT 设置为 0， 则所有中断服务程序都需要一个简短的汇编代码入口点。 汇编代码将中断处理程序封装在 FreeRTOS portFREERTOS_INTERRUPT_ENTRY 和 portFREERTOS_INTERRUPT_EXIT 宏中， 它们分别处理中断进入和退出。 示例请参阅 中断服务程序章节。

  如果 configUSE_COMMON_INTRUPT_ENTRY_POINT 设置为 1，则中断 服务程序也可以写成标准 C 函数， 在这种情况下，中断的进入和退出由 FreeRTOS 端口层的通用代码处理。 请参阅中断服务程序 章节以了解示例。

  编写一个提供自己的汇编文件包装器的中断处理程序 比使用普通的中断入口点稍微复杂一些， 但中断入口会更快，而且总是确定性的。




• configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY

  FreeRTOS Quark 移植实现了完整的中断嵌套模型。

  被分配的优先级等于或低于 configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断可以调用中断安全的 API 函数， 并且会嵌套。

  被分配的优先级高于 configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断无法调用任何 FreeRTOS API 函数， 将嵌套，并且不会被 FreeRTOS 的关键部分掩盖（尽管所有 中断在进入中断时会被硬件本身短暂掩盖）。

  可以从中断中调用的 FreeRTOS 函数是那些 以 "FromISR" 结尾的函数。 FreeRTOS 维持一个独立的中断安全 API， 以使中断进入更短、更快， 并使所有 API 函数更简单、更小。

  用户可定义的中断优先级范围从 2 （最低）到 15 （ 最高）。

  
  

中断服务程序

1. 作为标准 C 函数

   此方法只能在 configUSE_COMMON_INTRUPT_ENTRY_POINT 被设置为 1 时使用。 必须使用 xPortRegisterCInterruptHandler() 函数来安装中断处理程序。

   
   
   /*
   
    * pxHandler:       Pointer to the function that implements the ISR.
   
    * ulVectorNumber:  The interrupt vector number to which the ISR will be
   
    *                  assigned.  Vector numbers can be between 34 (in the
   
    *                  lowest priority group) and 255 (in the highest priority
   
    *                  group).
   
    */
   
   BaseType_t xPortRegisterCInterruptHandler( ISR_Handler_t pxHandler,
   
                                              uint32_t ulVectorNumber );
   
   
   
   The xPortRegisterCInterruptHandler() function prototype
   
   

   
   这是两种方法中最简单的方法，但需要稍微长一点 中断输入时间。 在调用 ISR （C 函数） 之前启用中断。

   下面的示例是 RTOS 演示项目中所使用中断的精简版。

   
   
   /* The function that implements the ISR is a standard C function. */
   
   static void vHPETIRQHandler0( void )
   
   {
   
       /* Perform ISR processing here. */
   
   
   
       /* Clear the interrupt in the IP API.  It is not necessary to
   
       clear the interrupt in the local API - that is done by FreeRTOS. */
   
       hpetIO_APIC_EOI = hpetHPET_TIMER0_ISR_VECTOR;
   
   }
   
   /*-----------------------------------------------------------*/
   
   
   
   /* The C function is then installed as the handler for vector 100 using the
   
   following code. */
   
   xPortRegisterCInterruptHandler( vHPETIRQHandler0, 100 );
   
   
   
   Implementing an ISR as a standard C function
   
   

   
   

2. 作为从汇编代码入口点调用的标准 C 函数

   汇编代码将中断处理程序封装在 FreeRTOS 提供的 portFREERTOS_INTERRUPT_ENTRY 和 portFREERTOS_INTERRUPT_EXIT 宏中。 必须使用 xPortInstallInterruptHandler() 函数 来安装中断处理程序。

   
   
   /*
   
    * pxHandler:       Pointer to the assembly code stub that wraps the ISR.
   
    * ulVectorNumber:  The interrupt vector number to which the ISR will be
   
    *                  assigned.  Vector numbers can be between 34 (in the
   
    *                  lowest priority group) and 255 (in the highest priority
   
    *                  group).
   
    */
   
   BaseType_t xPortInstallInterruptHandler( ISR_Handler_t pxHandler,
   
                                            uint32_t ulVectorNumber );
   
   
   
   The xPortInstallInterruptHandler() function prototype
   
   

   
   总是可以使用这种方法。 它比 方法 1 稍微复杂一点，但可以因为更快和确定的中断进入时间而受益。 如果需要，应用程序编写者可以 在调用 ISR 的 C 部分之前重新启用中断。

   下面的示例是 RTOS 演示项目中所使用中断的精简版。

   
   
   /* The function that implements the C portion of the ISR.  This is the
   
   function called from the assembly code wrapper. */
   
   void vHPETIRQHandler1( void )
   
   {
   
       /* Perform ISR processing here. */
   
   
   
       /* Clear the interrupt in the IP API.  It is not necessary to clear the
   
       interrupt in the local API - that is done by FreeRTOS. */
   
       hpetIO_APIC_EOI = hpetHPET_TIMER1_ISR_VECTOR;
   
   }
   
   /*-----------------------------------------------------------*/
   
   
   
   /* The assembly code wrapper that calls the C function shown immediately
   
   above.  The wrapper must be implemented in an assembly file, not a C file.
   
   
   
   The interrupt entry point assembly code makes use of the
   
   portFREERTOS_INTERRUPT_ENTRY and portFREERTOS_INTERRUPT_EXIT macros,
   
   so ISR_Support.h must be included.  ISR_Support.h is located in the
   
   FreeRTOS/source/portable/GCC/IA32_flat directory. */
   
   #include "ISR_Support.h"
   
   
   
   .align 4
   
   .func vApplicationHPETTimer1Wrapper
   
   .extern vHPETIRQHandler1
   
   vApplicationHPETTimer1Wrapper:
   
   
   
       /* FreeRTOS macro that handles interrupt entry.  Must be called
   
       first. */
   
       portFREERTOS_INTERRUPT_ENTRY
   
   
   
       /* It is safe to enable interrupts here, if desired. */
   
       sti
   
   
   
       /* The rest of the ISR is implemented in C.  Call the C function
   
       now. */
   
       call vHPETIRQHandler1
   
   
   
       /* FreeRTOS macro that handles interrupt exit.  Must be called
   
       last. */
   
       portFREERTOS_INTERRUPT_EXIT
   
   .endfunc
   
   /*-----------------------------------------------------------*/
   
   
   
   /* Finally, the assembly code wrapper is then installed as the handler
   
   for vector 100 using the following code.  This code must be in a C
   
   file. */
   
   extern void vApplicationHPETTimer1Wrapper( void );
   
   xPortInstallInterruptHandler( vApplicationHPETTimer1Wrapper, 100 );
   
   
   
   
   
   The C function called from the assembly code wrapper
   
   

   
   

如果一个 ISR 导致一个和当前执行的任务具有相同或更高优先级的 RTOS 任务离开阻塞状态（请参阅 API 文档中对 pxHigherPriorityTaskWoken 参数的描述， 如 xSemaphoreGiveFromISR()）， 那么 ISR 必须在 ISR 退出前请求进行上下文切换， 如果它希望未阻塞的任务立即执行。 该操作完成后， 中断将中断一个 RTOS 任务，但会返回到另一个 RTOS 任务。

宏 portYIELD_FROM_ISR()（或 portEND_SWITCHING_ISR()）用于 请求从 ISR 中进行上下文切换。 请参阅以下源代码片段示例。 示例中的 ISR 使用一个任务通知来与一个任务同步（未显示），并调用 portYIELD_FROM_ISR() 以确保中断直接返回到无阻塞任务中。

如果知道该中断不需要立即处理， 应用程序编写者可以选择不调用 portYIELD_FROM_ISR() - 例如，如果中断是一个正在到达的字符， 但在正在接收的信息完成并准备处理之前需要更多的字符时。

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 pdFALSE. */

    vTaskNotifyGiveFromISR( xTaskHandle, &lHigherPriorityTaskWoken );



    /* If the notified task was blocked waiting for the notification, and the

    unblocked task has a priority higher than or equal to the currently Running

    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 );

}



An example interrupt handler

只有以 "FromISR" 结尾的 FreeRTOS API 函数可以从 中断服务程序中调用，而且相应中断的优先级必须 小于或等于 configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY 配置常量设置的 优先级，才能调用。

FreeRTOS 使用的资源

内存分配

其他事项