使用 wizC 或 fedC 的 Microchip PIC18 移植
[RTOS 移植]

该移植 使用 由 Forest Electronic Developments 提供的 wizC 集成开发环境创建。该移植还可以与 同样由 Forest ElectronicDevelopments 提供 的 FED C 编译器一起使用。这两种环境之间的区别 在于 fedC 中缺少快速应用程序开发前端。 但是，该移植不使用此前端。已使用 wizC 和 fedC 的版本 11（最低 11.04c）和版本 12（最低 12.02e）成功 测试了该移植。

最初，此移植和演示应用程序完全使用 wizC 模拟器开发。直到所有模拟运行无任何问题后， 才开始在真实芯片上进行硬件测试。最后的硬件测试不过是一次验证： 所有测试 均在 PIC18F4620 上成功运行。

虽然 WizC 和 fedC 都不是免费或开源产品，但性价比确实非常高。WIZC Professional 还推出了精简版， 在教育用途优势方面极具吸引力。

FreeRTOS 源代码下载包含针对 wizC/PIC18 移植的综合演示应用程序， 主要用于测试该移植的可靠性并演示其功能。

重要提示！Microchip PIC18 wizC/fedC RTOS 移植的使用注意事项

1. 源代码组织
2. 使用 wizC 或 fedC IDE 的注意事项
3. 演示应用程序
4. 配置和用法详情

源代码组织

Microchip PIC18 wizC/fedC 移植位于 FreeRTOS/Source/portable/WizC/PIC18 目录 下。您可在此目录中找到安装脚本 (install.bat)。在运行 此脚本前，请阅读以下注意事项。

与其他移植随附的演示应用程序不同，RTOS 演示分为几个较小的程序 。有助于在 RAM 受限的 PIC18 设备上执行演示。 演示应用程序可以在 FreeRTOS/Demo/PIC18_WizC 目录中找到。每个应用程序 都有自己的子目录。要将演示应用程序加载到 IDE 中，请双击项目文件（例如 Demo1.pc）。

使用 FreeRTOS wizC 或 fedC 的注意事项

1. 可能需要安装其他 fedC 或 wizC 库

   FedC/wizC 版本 11：这些库可以在 fedCwizC CD 上的目录 Libraries/LibExt 中 找到。请按照库随附的 pdf 文件中的说明进行操作： 运行安装程序并不是全部，必须在 IDE 中进行一些更改。特别是，必须将 mem.c 作为库 添加到 IDE 文件/库菜单中的 "16 Bit Core" 选项卡中。
   
   FedC/wizC版本12：此库已安装并可供使用。

2. 需要安装 Malloc 库

   该移植需要安装 malloc 库，该库可从 用户页面免费下载， 位于 Forest Electronic Developments 网站。 下载文件随附安装说明和文档。

3. 需要安装 ANSI 头文件

   该移植需要 ANSI 头文件，可从 用户页面下载， 位于 Forest Electronic Developments 网站。 下载文件随附安装说明和文档。

4. 需要安装 FreeRTOS

   Microchip PIC18 wizC/fedC FreeRTOS 是 wizC 或 fedC 开发环境中 的一个库。需要安装库文件。移植源目录 FreeRTOS/Source/portable/WizC/PIC18 包含一个名为 install.bat 的文件。 此脚本将在 fedC 或 wizC 安装的 LibsUser 目录中 安装使用该移植所需的所有文件。双击运行该脚本。

5. WizC 和 fedC 项目设置

   WizC 和 fedC 在项目对话框中有几个优化选项。除非下文另有说明， 否则所有选项均可根据需要进行更改。

   • 使用 PIC 调用堆栈（快速调用）

     可以指示编译器使用其软件堆栈或 PIC 调用堆栈来存储 调用函数时的返回地址。FreeRTOS 移植要求编译器 使用 PIC 调用堆栈。如果未启用此选项，则将在编译过程中标记错误。调用堆栈 将调用深度限制为 32 级。使用 FreeRTOS，每个任务都有自己的 32 级调用堆栈， 使得 PIC 调用堆栈溢出的可能性非常小。

   • 本地优化字节

     编译器可以将全局内存设置为用于存储本地变量和 在函数调用期间传递参数。这减少了软件堆栈的使用， 因此，可以提高性能。使用此 FreeRTOS 移植， 可以自由使用（或禁用）本地优化字节。然而，重要的是要认识到， 在 RTOS 下运行的每项任务都有这些本地优化字节的副本。在任务切换时， “locopt” 区域将保存到任务的堆栈中。因此，区域的大小会影响 任务切换的性能。

6. WizC 和 fedC 堆使用情况

   编译器使用堆将大于 4 个字节的函数返回值传回调用函数。 出于性能原因，此移植无法保留任务切换之间的堆。因此， 不允许函数返回大于 4 个字节的变量。为避免此类函数， FreeRTOS 标头包含一个杂注 ，用于通知编译器有关此限制的信息。然后， 编译器在遇到使用堆的函数时会发出警告。虽然只发出警告， 但不应忽略此消息，否则会发生意外行为。如果需要返回 大于 4 个字节的变量（例如结构体），应改用指向结构体的指针。

7. WizC 和应用程序设计器

   WizC 和 fedC 的区别在于 wizC 中存在快速应用开发前端。 这个所谓的应用程序设计器不能与 FreeRTOS 一起使用， 对于任何使用此 FreeRTOS 移植的项目都应关闭。

8. 最小堆栈大小

   FreeRTOSConfig.h 文件包含一个名为 configMINIMAL_STACKSIZE 的定义， 用于定义最小任务的堆栈应包含的最小字节数。对于此移植，默认情况下，configMINIMAL_STACKSIZE 定义 为 portMINIMAL_STACKSIZE。在 portmacro.h 中查找 portMINIMAL_STACKSIZE 时， 您会发现最小堆栈大小是在运行时根据 第一次引用 configMINIMAL_STACKSIZE 计算得出。这是因为最小堆栈大小取决于 项目中的几个优化设置。建议不要更改 configMINIMAL_STACKSIZE 的定义。如果项目中的一个或多个任务需要更大的堆栈， 请使用 configMINIMAL_STACKSIZE 作为基值：

   // MyTask needs 20 extra bytes
   #define MyStackSIZE  ( configMINIMAL_STACKSIZE + 20 )
   

   这样，较大的堆栈仍然会根据项目中的 优化设置自动调整。有关此函数的示例，请参阅演示应用程序。

演示应用程序

演示应用程序硬件设置

虽然， PIC18 wizCfedC 移植完全在模拟器中开发， 但运行演示应用程序的预期硬件 是 Forest Electronic Developments 的 40 引脚 PICMicro 原型板。 安装了 PIC18F4620 嵌入式微控制器。该原型板允许通过 同样由 Forest Electronic Developments 提供的 PicProg 实用程序 进行系统内闪存编程 (ICSP)。

演示应用程序项目

• Demo1

  第一个演示仅用于测试 FreeRTOS 是否正确安装。该演示 只能在模拟器中运行，这是因为它会使 8 个 LED 闪烁，而开发板仅有 4 个 LED。当然， 也可以在 portD 有 8 个 LED 的替代板上运行该演示。
  创建了 8 个任务。每个任务负责控制 portD 上一个 LED 的闪烁。以这样一种方式选择每个任务的闪烁速率， 即将 portD 视为一个二进制计数器。然而，有 8 项独立的任务： 每项任务都已获得最方便的闪烁速率。此演示是最小 FreeRTOS 项目的完美示例。

• Demo2

  包括标准的最小“整数”、“pollQ”、“SemTest”、“Flash”任务，以及定期检查 其他任务是否正常无错运行并相应闪烁 LED 的“检查”任务。 为确保目标不会意外复位，应用程序启动时， USART 会发送“X ”。正确操作时，Demo2 将每 10 秒切换一次 LED 4。如果任何任务发生错误， 则切换速率将增加到 1 秒。总共创建了 12 个任务。

• Demo3

  包括标准的最小“整数”、“BlockQ”、“Flash”任务，以及定期检查 其他任务是否正常无错运行并相应闪烁 LED 的“检查”任务。 为确保目标不会意外复位，应用程序启动时， USART 会发送“X ”。正确操作时，Demo3 将每 10 秒切换一次 LED 4。如果任何任务发生错误， 则切换速率将增加到 1 秒。总共创建了 12 个任务。

• Demo4

  包括标准的最小“整数”、“dynamic”、“Flash”任务，以及定期检查 其他任务是否正常无错运行并相应闪烁 LED 的“检查”任务。 为确保目标不会意外复位，应用程序启动时， USART 会发送“X ”。正确操作时，Demo4 将每 10 秒切换一次 LED 4。如果任何任务发生错误， 则切换速率将增加到 1 秒。总共创建了 11 个任务。

• Demo5

  包括标准的最小“flop”、“Flash”任务，以及定期检查 其他任务是否正常无错运行并相应闪烁 LED 的“检查”任务。 为确保目标不会意外复位，应用程序启动时， USART 会发送“X ”。正确操作时，Demo5 将每 10 秒切换一次 LED 4。如果任何任务发生错误， 则切换速率将增加到 1 秒。总共创建了 13 个任务。

• Demo6

  包括标准的最小“ComTest”任务，以及定期检查 其他任务是否正常无错运行并相应闪烁 LED 的“检查”任务。 正确操作时，Demo6 将每 10 秒切换一次 LED 4。如果任何任务发生错误， 则切换速率将增加到 1 秒。总共创建了 4 个任务。
  注意： 要成功运行此演示，需要串行端口上的环回连接器。

• Demo7

  包括标准的最小“Death”、“Flash”任务，以及定期检查 其他任务是否正常无错运行并相应闪烁 LED 的“检查”任务。 为确保目标不会意外复位，应用程序启动时， USART 会发送“X ”。正确操作时， Demo7 将每 10 秒切换一次 LED 4。如果任何任务发生错误， 则切换速率将增加到 1 秒。Demo7 重复创建和删除任务， 一次最多可创建和删除 10 个任务。

构建演示应用程序

每个演示应用程序目录都包含自己的项目文件。双击项目 (.pc) 文件， 可将项目加载到 wizC 或 fedC IDE 中。加载完成后， 可以按常规方式编译项目。

一个项目由以下几个文件组成：

• Main.c

  此文件包含演示的主应用程序代码，包括 main() 入口点。

• Fuses.c

  将运行此演示芯片的配置设置。

• Interrupt.c

  PIC18 MCU 仅支持单个中断矢量（此移植不使用优先中断）。 因此，所有中断处理都集于在 位于此文件的单个 Interrupt() 函数中，如果需要其他处理程序，则可以将其添加到此文件。有几个演示 使用了此功能。

• FreeRTOSConfig.h

  此项目的 FreeRTOS 配置设置。 请参阅自定义部分， 获取有关所有设置的说明。

• MallocConfig.h

  Malloc 库也有配置文件。文件定义了 私有 malloc 堆大小之类的内容。更多详细信息，请参阅 malloc 库随附的文档。

• WIZCmake.h

  大多数演示应用程序使用 FreeRTOS/Demo/Common/Minimal 目录中的其他代码。为了 使编译器能够在 FreeRTOS/Demo/Common/Include 中找到头文件， WIZCmake.h 需包含指向此目录的搜索路径设置（如果项目目录中存在 WIZCmake.h， 则编译器会自动在每次编译中将其作为第一份头文件）。

如何创建新项目

FreeRTOS/Demo/PIC18_WizC/Demo1 目录中的演示项目非常小。开始新项目的最简单方法就是， 将此目录中的所有文件复制到新项目目录中。

配置和用法详情

RTOS 移植特定配置

此移植的特定配置项目位于 FreeRTOS SourceportableWizCPIC18portmacro.h。 此文件中定义的常量通常不需要任何修改。

可在每个项目目录中的 FreeRTOSConfig.h 文件中找到特定于应用程序的配置项目。 此文件中的所有定义都可以修改。

可使用 ConfigTICK_RATE_HZ 定义 来设置 RTOS 滴答的频率。演示项目提供的数值 250 Hz 可用于测试 RTOS 内核功能， 但比大多数应用程序所要求的速度要快。降低此值可提高效率。使用过低的值时， 编译器将标记错误。使用 40MHz 的 MCU 频率（pll 为 10MHz xtal），最低频率为 20Hz。 降低 MCU 频率，滴答频率随之降低。

由于 PIC 移植的 RTOS 调度器运行后无法停止，因此 vPortEndScheduler() 将 执行 MCU 重置。

中断服务例程

仅使用 INTCON 寄存器中的 GIE 位。这意味着该移植当前 不支持高/低优先中断。

每个项目都包含一份 interrupt.c 文件。可将测试每个中断标志的例程添加到 此文件中的 Interrupt() 函数中。也可以 #include 这些例程。仔细研究演示项目， 了解更多信息。

进入ISR 后，始终会保存当前上下文。因此，允许在 ISR 中使用整个 C 语言 的频谱（例外：局部变量，请参见下文）。如果需要上下文切换， 请将 uxSwitchRequested 设置为 pdTRUE。这样一来，在 ISR 退出时，准备运行的具有 最高优先级的候选任务会恢复（激活）。请参阅 FreeRTOS/Demo/PIC18_WizC/serial， 了解有关 ISR 例程的示例。

在 ISR 中，无法使用局部变量。要克服此限制，请使用 以下替代方法之一：

• 使用静态变量。全局 RAM 使用量增加。
• 调用函数。需要额外的周期。
• 将变量映射到当前未使用的 SFR。此方法为首选， 因为没有额外的开销。有关此方法的示例，请参阅 FreeRTOS/Demo/PIC18_WizC/serial/isrSerialTx.c。

使用 PIC18F4620 以外的处理器

从 Microchip PIC18 系列中选择不同的 MCU 非常简单：

• 确保新的 MCU 有足够的 RAM、ROM 和外围设备。
• 使用 wizC 或 fedC IDE 中的项目选项选择新的 MCU。
• 验证 fuses.c 中的 MCU 配置设置仍然有效。如有需要，请更改。
• （重新）编译项目。

在抢占式和协同式 RTOS 内核之间切换

将项目目录中 FreeRTOS config.h 文件内的定义 configUSE_PREMPTION 设置为 1 即可使用抢占式机制，设置为 0 即可使用协作式。

计时器的使用

此移植使用定时器 1 上的比较匹配来生成 RTOS 滴答。在编译过程中，定时器和比较 值会自动计算，以匹配 MCU 时钟速度。

内存分配

该移植使用 malloc 库， 可从 Forest Electronic Developments 网站免费下载。有关详细的 API 规范， 请参阅此库的文档。

串口驱动程序

还需注意的是，编写串行驱动程序是为了测试实时内核的部分功能，并不是 为了提供一个优化的解决方案。比特率寄存器设置为 根据 MCU 运行的频率自动调整。