小編 說自RT-Thread Nano發(fā)布以來，小編收到不少開發(fā)者詢問RT-Thread Nano的配套教程實(shí)例，官方發(fā)布過一篇：從裸機(jī)開始，創(chuàng)建一個(gè)RT-Thread Nano系統(tǒng)工程，但對(duì)廣大開發(fā)者來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，幸得RT-Thread開發(fā)者燕十三大作一篇講解實(shí)戰(zhàn) RT-Thread Nano ，算是手把手教學(xué)了。嗯，連我這個(gè)不懂技術(shù)的小白看了也會(huì)了。歡迎給RT-Thread投稿，獲贈(zèng)RT-Thread T恤一件。

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何為RT-Thread Nano？大家知道，Keil5以后采用pack形式管理芯片及各種相關(guān)組件的。RT-Thread Nano就是通過Keil pack方式發(fā)布，在保持原有RT-Thread基本功能的情況下，實(shí)現(xiàn)了極小的Flash和Ram占用。默認(rèn)配置下，F(xiàn)lash可小至2.5K， Ram可以小至1K。

目前pack包含有kernel、shell（msh）、device drivers三部分功能，這3個(gè)功能可按實(shí)際使用情況按需加載。本次使用的主芯片為GD32F150C8T6，資源為Flash:64K，RAM:8K。

一、RT-Thread Nano Pack下載安裝

1.在Keil5主界面上點(diǎn)擊“Pack Install”按鈕，即可進(jìn)入Pack Install界面

圖1：Keil5主界面

2.在Pack Install界面下，RT-Thread Pack在右邊欄中。如未下載，可點(diǎn)擊“Install”下載；如已安裝，版本有更新，將提示“Update”可更新。

圖2：RT-ThreadPack下載

3.如在圖2界面“Packs”欄中未發(fā)現(xiàn)“RT-Thread”，可先在菜單“Packs”下點(diǎn)擊“Check for Updates”。Update完成后，將可看到RT-Thread Pack。

圖3：Pack Update

4.Pack下載完成后，Keil將自動(dòng)彈出Pack安裝界面，按步驟依次完成安裝。

二、裸機(jī)最小系統(tǒng)工程建立

1.本次工程使用的是芯片是GD32F150C8T6，64KFlash、8KRam。Keil5下開發(fā)須先在官網(wǎng)下載Keil Pack (GigaDevice.GD32F1x0_DFP.pack)，并正確安裝。

2.先按照裸機(jī)Keil工程流程搭建工程，為測試Flash及Ram大小，最小工程只包含必須的Libraries文件，main函數(shù)也未作任何多余處理。

圖4：GD32F150C8T6最小工程

3.編譯完成后，默認(rèn)配置Flash：1112字節(jié)、Ram：2144字節(jié)

4.修改默認(rèn)啟動(dòng)文件startup_gd32f1x0.s定義堆和棧大小：默認(rèn)堆為0x400，棧為0x400。后續(xù)我們將采用RT-Thread管理內(nèi)存堆，所有堆設(shè)置為0；?？砂凑誱ain函數(shù)應(yīng)用需求調(diào)整為0x100或以上。

圖5：啟動(dòng)文件棧和堆修改

啟動(dòng)文件修改后，Ram大小為352字節(jié)

圖6：修改堆和棧后Flash和棧占用大小

三、kernel加載與應(yīng)用

1.加載RT-Thread Kernel:在主界面點(diǎn)擊“ManageRun-Time Environment”按鈕即可進(jìn)入加載頁。

圖7：ManageRun-Time Environment

在“RTOS”一欄中選中“RT-Thread”，并在列表中選中“kernel”，當(dāng)前版本為2.1.2。

圖8：RT-Thread kernel選擇

2.確定后，keil界面上會(huì)加載RT-Thread的kernel文件，更根據(jù)當(dāng)前選擇芯片類型加入已移植完成的M3芯片內(nèi)核代碼、配置文件等。

圖9：RT-Thread kernel文件

其中：

Kernel文件包括：

• clock.c

• components.c

• device.c

• idle.c

• ipc.c

• irq.c

• kservice.c

• mem.c

• object.c

• scheduler.c

• thread.c

• timer.c

Cortex-m3芯片內(nèi)核移植代碼：

• cpuport.c

• context_rvds.s

應(yīng)用代碼及配置文件：

• board.c

• rtconfig.h

3.此時(shí)再次編譯工程，編譯器會(huì)提示有函數(shù)被重復(fù)定義了。需按照如下方式做一些修改：

a) 修改gd32f10x_it.c文件，刪除如下函數(shù)：

• void HardFault_Handler(void)

• void PendSV_Handler(void)

• void SysTick_Handler(void)

b) 按照board.c上的說明，依次完成如下操作：

圖10：board.c修改流程說明

• 修改24行：#include “gd32f1x0.h”

• 修改48行：在rt_hw_board_init()函數(shù)內(nèi)開啟SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);

• 修改66行：voidSysTick_Handler(void)

4.修改main.c：

• 加入#include

• 在while循環(huán)中加入rt_thread_dealy(100);

5.再次編譯順利通過，下載至芯片運(yùn)行可看到main函數(shù)中每1s可中斷一次。RT-Thread任務(wù)調(diào)度器已經(jīng)正常運(yùn)行。

圖11：RT-Thread正常運(yùn)行

通過查看.map文件可獲取當(dāng)前各文件資源占用情況。在未開啟任何優(yōu)化的情況下，可以看到RT-Thread內(nèi)核各文件資源占用情況。

圖12：資源占用表

6.可在main函數(shù)內(nèi)添加RT-Thread支持的任務(wù)、定時(shí)器、信號(hào)量等功能。Nano默認(rèn)rtconfig.h配置只支持靜態(tài)任務(wù)、信號(hào)量創(chuàng)建。在靜態(tài)模式下，不能使用rt_thread_create/rt_thread_delete/rt_sem_create/rt_sem_delete/rt_malloc/rt_free與動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、刪除有關(guān)的接口。如需動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，需開啟RT_USING_HEAP項(xiàng)，詳見本篇第五部分：《RT-Thread配置》

四、RT-Thrad啟動(dòng)流程分析

這次創(chuàng)建的keil工程雖然應(yīng)用了RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)，但開發(fā)流程無不帶os開發(fā)幾乎沒有差別。都是將main作為入口，完成硬件初始化、應(yīng)用代碼添加，而且可以直接應(yīng)用RT-Thread的各種功能完成產(chǎn)品開發(fā)。但是我們沒有添加RT-Thread相關(guān)初始化、啟動(dòng)等代碼到我們的工程里面，但實(shí)際情況是調(diào)度器已經(jīng)正常運(yùn)行了，這是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

01

RT-Thread入口

我們可以在components.c文件的140行看到#ifdef RT_USING_USER_MAIN宏定義判斷，這個(gè)宏是定義在rtconfig.h文件內(nèi)的，而且處于開啟狀態(tài)。同時(shí)我們可以在146行看到#if defined (__CC_ARM)的宏定義判斷，__CC_ARM就是指keil的交叉編譯器名稱。

我們可以在這里看到定義了2個(gè)函數(shù)：$$Sub$$main()和$$Super$$main()函數(shù)；這里通過$$Sub$$main()函數(shù)在程序就如主程序之前插入一個(gè)例程，實(shí)現(xiàn)在不改變?cè)创a的情況下擴(kuò)展函數(shù)功能。鏈接器通過調(diào)用$$Sub$$Main()函數(shù)取代main()，然后通過$$Super$$main再次回到main()

#if defined (__CC_ARM)

extern int $Super$$main(void);

/* re-define main function */

int $Sub$$main(void)

{

rt_hw_interrupt_disable();

rtthread_startup();

return 0;

}

在$$Sub$$main函數(shù)內(nèi)調(diào)用了rt_hw_interrutp_disable()和rtthread_startup()兩個(gè)函數(shù)。熟悉RT-Thread開發(fā)流程的，一看就知道這是標(biāo)準(zhǔn)的RT-Thread的啟動(dòng)入口。

其中：

• rt_hw_interrupt_disable()：關(guān)中斷操作，

• rtthread_startup()：完成systick配置、timer初始化/啟動(dòng)、idle任務(wù)創(chuàng)建、應(yīng)用線程初始化、調(diào)度器啟動(dòng)等工作。

int rtthread_startup(void)

{

rt_hw_interrupt_disable();

/* board level initalization

* NOTE: please initialize heap insideboard initialization.

*/

rt_hw_board_init();

/* show RT-Thread version */

rt_show_version();

/* timer system initialization */

rt_system_timer_init();

/* scheduler system initialization */

rt_system_scheduler_init();

/* create init_thread */

rt_application_init();

/* timer thread initialization */

rt_system_timer_thread_init();

/* idle thread initialization */

rt_thread_idle_init();

/* start scheduler */

rt_system_scheduler_start();

/* never reach here */

return 0;

}

• rt_hw_board_init()：該函數(shù)定義在board.c文件內(nèi)，需要修改systick配置

• rt_system_timer_init()/rt_system_timer_thread_init()：timer初始化/啟動(dòng)

• rt_thread_idle_init()：idle任務(wù)創(chuàng)建

• rt_application_init()：應(yīng)用線程初始化

• rt_system_scheduler_start()：調(diào)度器啟動(dòng)

02

應(yīng)用線程入口

rt_application_init()

void rt_application_init(void)

{

rt_thread_t tid;

#ifdef RT_USING_HEAP

tid = rt_thread_create("main",main_thread_entry, RT_NULL,

RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE,RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 3, 20);

RT_ASSERT(tid != RT_NULL);

#else

rt_err_t result;

tid = &main_thread;

result = rt_thread_init(tid,"main", main_thread_entry, RT_NULL,main_stack, sizeof(main_stack),RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 3, 20);

RT_ASSERT(result == RT_EOK);

#endif

rt_thread_startup(tid);

}

在這里，我們可以看到應(yīng)用線程創(chuàng)建了一個(gè)名為main_thread_entry的任務(wù)，并且已經(jīng)啟動(dòng)了該任務(wù)。我們?cè)俅蝸砜匆幌耺an_thread_entry任務(wù)。

/* the system main thread */

void main_thread_entry(void*parameter)

{

extern int main(void);

extern int $Super$$main(void);

/* RT-Thread components initialization */

rt_components_init();

/* invoke system main function */

#if defined (__CC_ARM)

$Super$$main(); /* for ARMCC. */

#elif defined(__ICCARM__) ||defined(__GNUC__)

main();

#endif

}

man_thread_entry任務(wù)完成了2個(gè)工作：調(diào)用rt_components_init()、進(jìn)入應(yīng)用代碼真正的main函數(shù)。

在這里我們看到了$$Super$$main()的調(diào)用，在前面我們講了調(diào)用該函數(shù)可用來回到main()的。

圖13：RT-Thread初始化及啟動(dòng)流程

從以上分析可以，正是由于在rtconfig.h內(nèi)開啟了RT_USING_USER_MAIN選項(xiàng)，編譯器在main之前插入了$$Sub$$main()，完成了RT-Thread初始化及調(diào)度器啟動(dòng)工作。并且通過創(chuàng)建main_thread_entry任務(wù)，并通過$$Super$$main()回到main()函數(shù)。這樣看來main()函數(shù)其實(shí)只是RT-Thread的一個(gè)任務(wù)，該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)為 RT_THREAD_PRIORITY_MAX / 3，任務(wù)棧為RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE。

圖14：RT_USING_USER_MAIN選項(xiàng)

五、RT-Thread配置(rtconfig.h)

RT-Thread是一個(gè)高度可配置的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，配置通過rtconfig.h文件實(shí)現(xiàn)。Nano就是在rtconfig.h配置下實(shí)現(xiàn)了2.5KFlash，1KRam的內(nèi)核應(yīng)用，但是由于Nano未開啟RT_USING_HEAP選項(xiàng)，故只支持靜態(tài)方式創(chuàng)建任務(wù)及信號(hào)量。下面分步開啟rtconfig.h配置常用選項(xiàng)。

01

RT_USING_HEAP：開啟heap

根據(jù)芯片型號(hào)在board.c第37行，修改SARM_SIZE大小，默認(rèn)為8，GD32F150C8T6正好也為8K。

圖15：SRAM_SIZE配置

開啟RT_USING_HEAP選項(xiàng)后，在board.c的rt_hw_board_init()內(nèi)將調(diào)用rt_system_heap_init()

#if defined(RT_USING_USER_MAIN)&& defined(RT_USING_HEAP)

rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN,(void*)SRAM_END);

#endif

其中：

SRAM_END：根據(jù)宏定義為0x20000000 +SRAM_SIZE * 1024

HEAP_BEGIN：

圖16：HEAP_BEGIN定義

其中Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit是鏈接器導(dǎo)出符號(hào)，表示ZI段的結(jié)束地址。

配置完成后，就可通過動(dòng)態(tài)創(chuàng)建任務(wù)、信號(hào)量等方式開發(fā)軟件了。

02

RT_USING_TIMER_SOFT：開啟軟件定時(shí)器

Nano默認(rèn)配置未開啟軟件定時(shí)器功能。開啟軟件定時(shí)器功能后，可創(chuàng)建多個(gè)軟件定時(shí)器，定時(shí)器精度為Systick觸發(fā)精度。

圖17：軟件定時(shí)器開啟

- End -