RT-Thread学习笔记——移植RT-Thread到STM32 - 好文

前言

从本文开始，记录自己的RT-Thread学习笔记，基于STM32L475VET6讲解，相关开发板用RTT&正点原子的潘多拉IoT Board开发板
<http://www.openedv.com/forum.php?mod=viewthread&tid=284556&highlight=%C5%CB%B6%E0%C0%AD>
。本文先从Nano开始学起，个人觉得对于初学者，还是先学会Nano的移植，把内核部分向学一遍，再去学组件和设备驱动以及其他的东西，这里包括RT-Thread的内核移植、FinSH移植，相关代码到GitHub下载：
https://github.com/sanjaywu/STM32L475_PANDORA_RT-Thread_DEMO
<https://github.com/sanjaywu/STM32L475_PANDORA_RT-Thread_DEMO>

一、获取裸机工程

1、裸机工程可到GitHub下载：https://github.com/sanjaywu/STM32L475_PANDORA_DEMO
<https://github.com/sanjaywu/STM32L475_PANDORA_DEMO>，下载完成之后，打开工程文件夹，可以发现如下文件：

2、接着我们把HARDWARE、SYSTEM和USMART这三个文件删除，HARDWARE文件夹是裸机的外设驱动，在讲解移植的时候不需要用到，SYSTEM文件夹有delay延时、串口驱动和相关类型宏定义，在移植RT-Thread的时候，我们会重新实现delay延时和串口驱动以及类型宏定义。

二、下载 RT-Thread Nano 源码

1、RT-Thread Master 的源码可从 RT-Thread GitHub 仓库
<https://github.com/RT-Thread/rt-thread>下载，Nano 就是从里面扣出来的，去掉了一些组件和各种开发板的
BSP，保留了 OS的核心功能，但足够我们使用。RT-Thread 官方并没有将抠出来的Nano 放到他们的官方网站，而是作为一
个 Package 放在了 KEIL 网站：http://www.keil.com/dd2/pack/
<http://www.keil.com/dd2/pack/>，目前最新的是3.1.1版本，打开这条连接，然后拉到下面找到RT-Thread的Package：

2、点击箭头下载，弹出窗口点击OK，然后开始下载：

3、下载完成之后双击安装这个pack，安装的路径和你安装MDK5的时候是一样的，我安装的是默认路径。

4、安装完成之后，找到你安装MDK5的路径，然后按这个路径找到RT-Thread的源码：C:\Keil_v5\ARM\PACK\RealThread\RT-Thread\3.1.1：

三、往裸机工程添加 RT-Thread 源码

1、在前面下载好的裸机工程里，再新建一个文件夹为RT-Thread的，然后将上面下载好的Nano版源码拷贝到这个文件：

2、对于Nano源码各个文件内容删减：

（1）打开bsp，这里RT-Thread是放底层驱动的东西：

除了board.c和rtconfig.h这两个文件，其他都删除，然后再新建一个board.h头文件。

（2）打开components，RT-Thread组件放置的地方，只有一个finsh，保留它，这个finsh非常好用：

（3）打开libcpu —> arm，因为用的是STM32L4xx，是cortex-m4，所以只需保留cortex-m4即可，其它都删除：

（4）剩下的include和src文件设RT-Thread的头文件和内核源码，不能删除，保留完整。

（5）接着，新建一个文件夹来放设备驱动，命名device_drivers。这里为什么要用RT-Thread设备驱动呢，因为RT-Thread的finsh功能实现需要串口，这里就用先只设备驱动里面的串口驱动来实现，自己从RT-Thread的master版本中整理出来，代码可以看工程（
https://github.com/sanjaywu/STM32L475_PANDORA_RT-Thread_DEMO
<https://github.com/sanjaywu/STM32L475_PANDORA_RT-Thread_DEMO>
）里面的，这样既能实现finsh也能实现rt_kprintf。当然你也可以自己写一个串口驱动，只不过后面一直finsh就会很麻烦，读写函数都要改掉，而且容易出错。

最终移植整理好之后，RT-Thread的文件如下：

四、修改rtconfig.h
#ifndef __RTTHREAD_CFG_H__ #define __RTTHREAD_CFG_H__ /* RT-Thread内核部分 */
#define RT_NAME_MAX 8 //内核对象名称最大长度，大于该长度的名称多余部分会被自动裁掉 #define RT_ALIGN_SIZE 4
//字节对齐时设定对齐的字节个数。常使用ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)进行字节对齐 #define RT_THREAD_PRIORITY_MAX
32 //定义系统线程优先级数；通常用RT_THREAD_PRIORITY_MAX-1定义空闲线程的优先级 #define
RT_TICK_PER_SECOND 1000 //定义时钟节拍，为1000时表示1000个tick每秒，一个tick为1ms #define
RT_USING_OVERFLOW_CHECK //检查栈是否溢出，未定义则关闭 #define RT_DEBUG
//定义该宏开启debug模式，未定义则关闭 #define RT_DEBUG_INIT 0
//开启debug模式时：该宏定义为0时表示关闭打印组件初始化信息，定义为1时表示启用 #define RT_DEBUG_THREAD 0
//开启debug模式时：该宏定义为0时表示关闭打印线程切换信息，定义为1时表示启用 #define RT_USING_HOOK
//定义该宏表示开启钩子函数的使用，未定义则关闭 #define IDLE_THREAD_STACK_SIZE 256 //定义了空闲线程的栈大小 /*
线程间同步与通信部分，该部分会使用到的对象有信号量、互斥量、事件、邮箱、消息队列、信号等 */ #define RT_USING_SEMAPHORE
//定义该宏可开启信号量的使用，未定义则关闭 #define RT_USING_MUTEX //定义该宏可开启互斥量的使用，未定义则关闭 #define
RT_USING_EVENT //定义该宏可开启事件集的使用，未定义则关闭 #define RT_USING_MAILBOX
//定义该宏可开启邮箱的使用，未定义则关闭 #define RT_USING_MESSAGEQUEUE //定义该宏可开启消息队列的使用，未定义则关闭
#define RT_USING_SIGNALS //定义该宏可开启信号的使用，未定义则关闭 /* 内存管理部分 */ #define
RT_USING_MEMPOOL //定义该宏可开启静态内存池的使用，未定义则关闭 #define RT_USING_MEMHEAP
//定义该宏可开启两个或以上内存堆拼接的使用，未定义则关闭 #define RT_USING_SMALL_MEM
//定义该宏可开启开启小内存管理算法，未定义则关闭 //#define RT_USING_SLAB //定义该宏可开启SLAB内存管理算法，未定义则关闭
#define RT_USING_HEAP //定义该宏可开启堆的使用，未定义则关闭 /* 内核设备对象 */ #define RT_USING_DEVICE
//表示开启了系统设备的使用，使用设备驱动 #define RT_USING_CONSOLE //定义该宏可开启系统控制台设备的使用，未定义则关闭
#define RT_CONSOLEBUF_SIZE 128 //定义控制台设备的缓冲区大小 #define RT_CONSOLE_DEVICE_NAME
"uart1" //控制台设备的名称 /* 自动初始化方式 */ #define RT_USING_COMPONENTS_INIT
//定义该宏开启自动初始化机制，未定义则关闭 #define RT_USING_USER_MAIN //定义该宏启设置应用入口为main函数 #define
RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE 2048 //定义main线程的栈大小 /* FinSH */ #define
RT_USING_FINSH //定义该宏可开启系统FinSH调试工具的使用，未定义则关闭 #ifdef RT_USING_FINSH #define
FINSH_THREAD_NAME "tshell" //开启系统FinSH时：将该线程名称定义为tshell #define
FINSH_USING_HISTORY //开启系统FinSH时：使用历史命令 #define FINSH_HISTORY_LINES 5
//开启系统FinSH时：对历史命令行数的定义 #define FINSH_USING_SYMTAB
//开启系统FinSH时：定义该宏开启使用Tab键，未定义则关闭 #define FINSH_THREAD_PRIORITY 20
//开启系统FinSH时：定义该线程的优先级 #define FINSH_THREAD_STACK_SIZE 4096
//开启系统FinSH时：定义该线程的栈大小 #define FINSH_CMD_SIZE 80 //开启系统FinSH时：定义命令字符长度 #define
FINSH_USING_MSH //开启系统FinSH时：定义该宏开启MSH功能 #define FINSH_USING_MSH_DEFAULT
//开启系统FinSH时：开启MSH功能时，定义该宏默认使用MSH功能 #define FINSH_USING_MSH_ONLY
//开启系统FinSH时：定义该宏，仅使用MSH功能 #endif /* 关于 MCU */ #define STM32L475VE
//定义该工程使用的MCU为STM32L475VE #define RT_HSE_VALUE 8000000 //定义时钟源频率 #define
RT_USING_LED //定义该宏开启LED的使用 #define RT_USING_SERIAL //定义该宏开启串口的使用 #define
BSP_USING_UART1 //定义该宏开启UART1的使用 #endif/* __RTTHREAD_CFG_H__ */
五、修改board.c

1、添加系统时钟初始函数，这里使用HAl库将系统初始化为80MHz：
void _Error_Handler(char *file, int line) { /* USER CODE BEGIN
Error_Handler_Debug */ /* User can add his own implementation to report the HAL
error return state */ while(1) { } /* USER CODE END Error_Handler_Debug */ } /*
* @brief System Clock Configuration * @retval None */ void
SystemClock_Config(void) { RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct; __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /*
Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState =
RCC_PLL_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ =
RCC_PLLQ_DIV2; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2; if
(HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) { _Error_Handler(__FILE__,
__LINE__); } /* Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks */
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |
RCC_CLOCKTYPE_PCLK1| RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource =
RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; if
(HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4) != HAL_OK) {
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__); } /* Configure the main internal regulator
output voltage */ if
(HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1) != HAL_OK) {
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__); } }
2、修改Tick相关函数，初始化SysTick，：
/** * HAL adaptation */ HAL_StatusTypeDef HAL_InitTick(uint32_t TickPriority)
{ /* Return function status */ return HAL_OK; } uint32_t HAL_GetTick(void) {
return rt_tick_get() * 1000 / RT_TICK_PER_SECOND; } void HAL_SuspendTick(void)
{ return ; } void HAL_ResumeTick(void) { return ; } void HAL_Delay(__IO
uint32_t Delay) { return ; } void SysTick_Handler(void) { /* enter interrupt */
rt_interrupt_enter(); rt_tick_increase(); /* leave interrupt */
rt_interrupt_leave(); }
3、修改rt_hw_board_init函数，初始化SysTick：
/** * This function will initial your board. */ void rt_hw_board_init() { /*
使用HAL库，初始化HAL */ HAL_Init(); /* 初始化系统时钟和SysTick */ SystemClock_Config();
SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND); /* 硬件 BSP 初始化统统放在这里，比如
LED，串口，LCD 等 */ #ifdef RT_USING_LED led_init(); #endif #ifdef RT_USING_SERIAL
stm32_hw_usart_init(); #endif /* Call components board initial (use
INIT_BOARD_EXPORT()) */ #ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
rt_components_board_init(); #endif #if defined(RT_USING_CONSOLE) &&
defined(RT_USING_DEVICE) rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME); #endif
#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get()); #endif }
4、增加RT-Thread堆空间大小，因为finsh需要和其他线程需要，我这里先修改为16K，后期使用具体看MCU的RAM和实际需要调节：

六、新建MDK工程

1、新建一个BSP文件夹用于放自己写的外设驱动：

2、然后新建一个MDK工程，往工程里面加入相关文件，如下：

这里我们重点关注几个文件夹： BSP、RT-Thread_bsp、RT-Thread_device_drviers、RT-Thread_libcpu。

（1）BSP，放用户自己写的驱动，如LED驱动、LCD驱动等：

（2）
RT-Thread_bsp：放RT-Thread做的BSP、board.c、board.h、rt_config.h，放RT-Thread做的BSP可以是串口驱动等：

（3）RT-Thread_device_drviers：放RT-Thread的设备驱动框架，如串口、I2C、SPI等，我们目前只先用到串口：

（4）RT-Thread_libcpu：放CPU
架构，我们用的是SMT32L4xx，因此这里是cortex-m4，在添加cpuport.c和context_rvds.S：

3、添加相关头文件到工程：

七、修改main.c

1、将main函数修改如下：
#include "main.h" #include "board.h" #include "rtthread.h" int main(void) {
u32 count = 1; while(count > 0) { LED_R(0); rt_kprintf("led on, count: %d\r\n",
count); rt_thread_mdelay(500); LED_R(1); rt_thread_mdelay(500); rt_kprintf("led
off\r\n"); count++; } return 0; }
2、保存工程，然后编译工程，下载到开发板,观察LED灯情况，会亮500ms后再灭500ms，同时串口打印相关信息：

3、测试finsh功能：

为更加直观看finsh相关功能，将main函数的串口打印代码注释掉，然后重新编译，下载到开发板：
#include "main.h" #include "board.h" #include "rtthread.h" int main(void) {
u32 count = 1; while(count > 0) { LED_R(0); //rt_kprintf("led on, count:
%d\r\n", count); rt_thread_mdelay(500); LED_R(1); rt_thread_mdelay(500);
//rt_kprintf("led off\r\n"); count++; } return 0; }
接着打开串口，打印如下信息：

按tab键：

输入list_thread：

更多finsh的讲解到RT-Thread官方看相关文档。

八、RT-Thread 启动流程

当你拿到一个移植好的 RT-Thread 工程的时候，你去看 main 函数，只能在 main
函数里面看到创建线程和启动线程的代码，硬件初始化，系统初始化，启动调度器等信息都看不到。那是因为 RT-Thread 拓展了 main 函数，在 main
函数之前把这些工作都做好了。

1、在components.c中有如下代码：
/* $Sub$$main 函数 */ int $Sub$$main(void) { rtthread_startup(); return 0; }
在这里 $Sub$$main 函数仅仅调用了 rtthread_startup() 函数，在 components.c
的代码中找到rtthread_startup() 函数，如下：

启动流程如下（图片来源RT-Thread编程指南）：
启动流程图——来源RT-Thread编程指南
这部分启动代码，大致可以分为四个部分：
（1）初始化与系统相关的硬件；
（2）初始化系统内核对象，例如定时器、调度器、信号；
（3）创建 main 线程，在 main 线程中对各类模块依次进行初始化；
（4）初始化定时器线程、空闲线程，并启动调度器。
rt_hw_board_init() 中完成系统时钟设置，为系统提供心跳、串口初始化，将系统输入输出终端绑定到这个串口，后续系统运行信息就会从串口打印出来。

参考文献：

1、[野火®]《RT-Thread 内核实现与应用开发实战—基于STM32》

2、RT-THREAD 编程指南

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