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【STM32】STM32 移植鸿蒙操作系统

网友: 文档中心 2022-06-01 11:05:38

前言

随着 OpenHarmony3.1 的正式发布，其功能也在不断完善。OpenHarmony LiteOS-M 内核是面向IoT领域构建的轻量级物联网操作系统内核，具有小体积、低功耗、高性能的特点，其代码结构简单，主要包括内核最小功能集、内核抽象层、可选组件以及工程目录等，分为硬件相关层以及硬件无关层，硬件相关层提供统一的HAL（Hardware Abstraction Layer）接口，提升硬件易适配性，不同编译工具链和芯片架构的组合分类，满足AIoT类型丰富的硬件和编译工具链的拓展。本文主要介绍如何在STM32上移植 OpenHarmony LiteOS-M 内核，及其注意事项。

一、开发环境

硬件：
- STM32F429I-DISC1 开发板
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软件：
- VSCode：用于编辑代码
- STM32CubeMX：用于生成工程
- make、arm-none-eabi-gcc：用于编译工程
- STM32Cubeprogrammer：用于下载工程
- Git：用于获取 OpenHarmony LiteOS-M 内核源码

二、移植内核

1. 操作流程

  1. 拉取仓库代码。
  2. 使用STM32CubeMX在 /target 目录下生成工程。
  3. 修改Makefile文件，工程加入 OpenHarmony LiteOS-M 内核所需的文件。
  4. 添加用户代码以支持printf。添加用户自定义任务。
  5. 编译下载程序

2. 获取源码

  • 进入https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m，获取Git仓库地址。
https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m.git

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  • 使用Git Bush，拉取内核源码到本地。
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  • 创建 /third_party 目录，用于存放第三方依赖文件（STM32 所需的 CMSIS 等），拉取第三方依赖文件。
cd kernel_liteos_m mkdir ./third_partycd third_partygit clone https://gitee.com/openharmony/third_party_bounds_checking_function.git ./bounds_checking_functiongit clone https://gitee.com/openharmony/third_party_cmsis.git ./cmsisgit clone https://gitee.com/openharmony/third_party_musl.git ./musl

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到这里 OpenHarmony LiteOS-M 内核源码就获取完毕了。

3. 生成工程

  1. 进入/targets 目录，使用 STM32CubeMX 生成工程 STM32F429ZI_Harmony_LiteOS_M
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  2. 与FreeRTOS类似，由于LiteOS会占用SysTick定时器，因此需要修改HAL库延时的基础时钟，改为其他非SysTick的定时器，避免HAL库延时的定时器和系统运行的定时器冲突。【STM32】STM32 移植鸿蒙操作系统

  3. 配置：下载调试端口SW、串口USART、LED_GPIO、时钟树。
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  4. 开发环境选择 Makefile
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  5. Code Generator 中一定要选择 Copy only necessary library files ！ 如果选择所有库文件都添加的话，那么就会生成很多模板文件。由于我们需要在 Makefile 中添加文件，如果目录中有模板文件的话，我们就无法直接使用筛选功能将所有源文件快速添加到工程中了。
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    至此工程配置已结束，点击 Generate 即可生成工程。

4. 修改工程文件

  1. 使用 VS Code 打开targets下的工程目录，新建liteos_file_path.mk用于将内核源码文件添加到工程Makefile中，该文件相当于C语言中的头文件，主 Makefile 文件可以直接包含该文件。
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  2. 添加内核源文件目录到 liteos_file_path.mk 中。
# Topdir 顶层目录LITEOSTOPDIR := ../../LITEOSTOPDIR := $(realpath $(LITEOSTOPDIR))# Common 内核源文件及头文件目录C_SOURCES   +=  \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kernel/src/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kernel/src/mm/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/cpup/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/power/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/backtrace/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/exchook/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/components/signal/*.c) \    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/utils/*.c)C_INCLUDES  +=  \    -I$(LITEOSTOPDIR)/utils \    -I$(LITEOSTOPDIR)/kernel/include \    -I$(LITEOSTOPDIR)/components/cpup \    -I$(LITEOSTOPDIR)/components/power \    -I$(LITEOSTOPDIR)/components/backtrace \    -I$(LITEOSTOPDIR)/components/exchook \    -I$(LITEOSTOPDIR)/components/signal# Third party related 第三方依赖文件及头文件目录C_SOURCES    += \$(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/third_party/bounds_checking_function/src/*.c)\    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kal/cmsis/*.c)\    $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/kal/posix/src/*.c)C_INCLUDES   += \-I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/bounds_checking_function/include \    -I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/bounds_checking_function/src\    -I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/cmsis/CMSIS/RTOS2/Include \    -I$(LITEOSTOPDIR)/third_party/musl/porting/liteos_m/kernel/include\    -I$(LITEOSTOPDIR)/kal/cmsis \    -I$(LITEOSTOPDIR)/kal/posix/include \    -I$(LITEOSTOPDIR)/kal/posix/musl_src/internal# Arch related ASM_SOURCES   += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc/*.s)ASMS_SOURCES  += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc/*.S)C_SOURCES     += $(wildcard $(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gcc/*.c)C_INCLUDES    += -I. \   -I$(LITEOSTOPDIR)/arch/include \   -I$(LITEOSTOPDIR)/arch/arm/cortex-m4/gccCFLAGS += -nostdinc -nostdlibASFLAGS+= -imacros $(LITEOSTOPDIR)/kernel/include/los_config.h -DCLZ=CLZ# list of ASM .S program objectsOBJECTS += $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(ASMS_SOURCES:.S=.o)))vpath %.S $(sort $(dir $(ASMS_SOURCES)))$(BUILD_DIR)/%.o: %.S Makefile | $(BUILD_DIR)$(CC) -c $(CFLAGS) $(ASFLAGS) $< -o $@

这里注意：最后一行前面的缩进必须为tab，而不是空格。否则编译会报错。

  1. 修改项目Makefile
  • 在Makefile中包含liteos_file_path.mk
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  • 增加*.S文件的编译规则
# list of ASM .S program objectsOBJECTS += $(addprefix $(BUILD_DIR)/,$(notdir $(ASMS_SOURCES:.S=.o)))vpath %.S $(sort $(dir $(ASMS_SOURCES)))$(BUILD_DIR)/%.o: %.S Makefile | $(BUILD_DIR)$(CC) -c $(CFLAGS) $(ASFLAGS) $< -o $@

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  1. 添加 target_config.h 用于配置裁剪内核。该文件相当于FreeRTOS的FreeRTOSConfig.h
/@defgroup los_config System configuration items * @ingroup kernel */#ifndef _TARGET_CONFIG_H#define _TARGET_CONFIG_H#include "stm32f4xx.h"#include "stm32f4xx_it.h"#ifdef __cplusplus#if __cplusplusextern "C"{#endif /* __cplusplus */#endif /* __cplusplus *//*=============================================================================     System clock module configuration=============================================================================*/#define OS_SYS_CLOCK SystemCoreClock#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND (1000UL)#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_HW_TIME 0#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_WTIMER 0#define LOSCFG_BASE_CORE_TICK_RESPONSE_MAX SysTick_LOAD_RELOAD_Msk/*=============================================================================     Hardware interrupt module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_PLATFORM_HWI 0#define LOSCFG_USE_SYSTEM_DEFINED_INTERRUPT 0#define LOSCFG_PLATFORM_HWI_LIMIT 128/*=============================================================================     Openharmony Kernel configuration=============================================================================*//*=============================================================================    Task module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_LIMIT 24#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_IDLE_STACK_SIZE (0x500U)#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_DEFAULT_STACK_SIZE (0x2D0U)#define LOSCFG_BASE_CORE_TSK_MIN_STACK_SIZE (0x130U)#define LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE 1#define LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT 20000/*=============================================================================    Semaphore module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_BASE_IPC_SEM 1#define LOSCFG_BASE_IPC_SEM_LIMIT 48/*=============================================================================    Mutex module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_BASE_IPC_MUX 1#define LOSCFG_BASE_IPC_MUX_LIMIT 24/*=============================================================================    Queue module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_BASE_IPC_QUEUE 1#define LOSCFG_BASE_IPC_QUEUE_LIMIT 24/*=============================================================================    Software timer module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR 1#define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_ALIGN 1#define LOSCFG_BASE_CORE_SWTMR_LIMIT 48/*=============================================================================    Memory module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_MEM_MUL_POOL 1#define OS_SYS_MEM_NUM 20/*=============================================================================    Exception module configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_PLATFORM_EXC 1/*=============================================================================     TestSuite configuration=============================================================================*/#define LOSCFG_TEST 0#ifndef LOSCFG_BACKTRACE_TYPE#define LOSCFG_BACKTRACE_TYPE 1#endif/ * @ingroup los_config * Configuration backtrace depth. */#ifndef LOSCFG_BACKTRACE_DEPTH#define LOSCFG_BACKTRACE_DEPTH 15#endif#ifdef __cplusplus#if __cplusplus}#endif /* __cplusplus */#endif /* __cplusplus */#endif /* _TARGET_CONFIG_H */
  1. 修改链接脚本文件 STM32F407ZGTx_FLASH.ld
  • 添加程序起始地址 _sstack = 0x20000000; /* start of RAM */
  • 添加.text 段的起始地址，这是链接脚本的语法，将当前位置地址赋值给_stext。_stext = .;
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  1. 修改中断服务函数 Core\Src\stm32f4xx_it.c
  • 添加 LiteOS 头文件
  • 在PendSV异常中进入LiteOS HalPendSV 异常处理函数，进行任务切换操作
  • 在SysTick中断服务函数添加OsTickHandler函数，为系统提供时间基准
#include "los_arch_context.h"#include "los_tick.h"/*.........*/void PendSV_Handler(void){    /* USER CODE BEGIN PendSV_IRQn 0 */    HalPendSV();    /* USER CODE END PendSV_IRQn 0 */    /* USER CODE BEGIN PendSV_IRQn 1 */    /* USER CODE END PendSV_IRQn 1 */}/*.........*/void SysTick_Handler(void){    /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 */    OsTickHandler();    /* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */    /* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */    /* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */}/*.........*/
  1. 修改串口映射 Core\Src\main.c
  • 包含头文件#include "stdio.h"
  • 修改串口映射以支持printf
/* USER CODE BEGIN 0 */#if 1int _write(int fd, char *ptr, int len){    osStatus_t result;    osKernelState_t state;    if (osKernelGetState() == osKernelInactive)    { //系统未启动时不使用DMA HAL_UART_Transmit(&huart1, ptr, len, 0xFFFF); return len;    }    else    { //获取信号，如果上一个DMA传输完成 //信号就能获取到，没有传输完成任务就挂起 //等到传输完成再恢复 result = osSemaphoreAcquire(UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle, 0xFFFF); if (result == osOK) {     HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, ptr, len); //获取成功,发送数据     return len; } else {     return -1; //获取失败 }    }}#endif// DMA 传输完成后会调用传输完成回调函数，在该函数中我们释放信号void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){    if (huart->Instance == huart1.Instance) osSemaphoreRelease(UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle);}/* USER CODE END 0 */
  1. 添加测试任务 Core\Src\main.c
  • 包含os头文件#include "cmsis_os.h"
  • 增加测试任务
/*.........*/#include "cmsis_os.h"/*.........*//* USER CODE BEGIN PV */osSemaphoreId_t UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle;const osSemaphoreAttr_t UART1_TX_DMA_Semaphore_attributes = {    .name = "UART1_TX_DMA_Semaphore",};osThreadId_t uart_taskHandle;const osThreadAttr_t uart_task_attributes = {    .name = "uart_task",    .stack_size = 512 * 2,    .priority = (osPriority_t)osPriorityNormal3,};/* USER CODE END PV *//*.........*//* USER CODE BEGIN 0 *//*.........*/void Uart_Task(void *argument){    HAL_GPIO_WritePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin, GPIO_PIN_SET);    HAL_GPIO_WritePin(LED_R_GPIO_Port, LED_R_Pin, GPIO_PIN_RESET);    while (1)    { HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin); HAL_GPIO_TogglePin(LED_R_GPIO_Port, LED_R_Pin); printf("System Runing!!!\r\n"); osDelay(1000);    }}/* USER CODE END 0 *//*.........*/int main(){/*.........*//* USER CODE BEGIN 2 */    osKernelInitialize();    printf("System Init!\r\n");    UART1_TX_DMA_SemaphoreHandle = osSemaphoreNew(1, 1, &UART1_TX_DMA_Semaphore_attributes);    uart_taskHandle = osThreadNew(Uart_Task, NULL, &uart_task_attributes);    osKernelStart();    /* USER CODE END 2 *//*.........*/}

5. 编译下载

  1. 使用make命令编译工程，这里的-j12表示使用多线程编译，可以提高速度，12表示电脑核心数。
make -j12

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2. 使用STM32Cubeprogrammer下载位于/build中的固件STM32F429ZI_Harmony_LiteOS_M.hex
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3. 观察到LED交替闪烁，串口助手打印出了调试信息。

  • LED 交替闪烁
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  • 串口输出信息
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总结

总的来说，移植的难点还是在于对 Makefile 相关工具链的理解与应用。由于有CMSIS_OS的封装，轻度使用时，与FreeRTOS感受相差不大。对新手来说使用FreeRTOS进行入门还是不错的选择，建议基本了解 FreeRTOS 之后再深入学习 LiteOS-M 并掌握二者之间的差别。

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