【空调精灵】STM32F7-Disco首次运行 RT-Thread RTOS

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【空调精灵】STM32F7-Disco首次运行 RT-Thread RTOS [复制链接]

STM32F7-DISCO评估板极简介

STM32F7-DISCO评估板基于STM32F746NG微控制器，板载资源丰富。板子的供电接口有四种选择：外部5v供电、5v st-link供电、USB-FS及USB-HS供电。通过反面的JP1跳帽选择供电方式，此处选择5v st-link即可。

烧写官方demo

从官网下载最新的st-link烧写工具，安装之后打开烧写工具，打开要烧写的hex文件（位于官方cube库的STM32Cube_FW_F7_V1.1.0\Projects\STM32746G-Discovery\Demonstration下）,连接开发板的同时选择外部flash烧写算法，如下所示： 完成上述步骤后点击烧写验证即可。

获得RTT最新版本库

RTT为国产开源的实时嵌入式操作系统，类linux风格并附带有丰富的第三方库支持，从官方的github库中将最新版本克隆到本地。其代码库的组织结构如下所示： 其中bsp/下包含了rtt针对各种型号处理器的初始化模版工程，从中找到stm32f7-disco文件目录，可以看到里面包含有一个keil下的模版工程，此工程还不能直接使用，需要按照官方的指导手册来一步步配置，最终通过SCons来调用MDK工具链编译生成新工程project.uvprojx。由于官方文档描述十分详细此处不再赘述。

编译烧写新工程

在完成前两步的基础上，我们已经具备了针对f746的新工程，使用最新的keil ide打开该工程。如果ide中还没有安装stm32f7xx的芯片支持包，建议去keil官网直接下载安装，keil下的自动安装非常慢，而且多半会失败。

在更新了芯片库之后，点击编译会出现 Use MicroLIB的相关错误，解决方式：在工程选项中去除对C库的勾选，同时删除工程中重复添加的main.c及sram.c，如下所示： 完成上述工作之后，工程编译无错误，点击下载可以看到板子上位于复位按钮旁边的led1在闪烁。此处打开串口连接可以看到终端出现类似linux命令行的执行窗口。 至此，rtt在f746上的初次运行就完成了，此处描述较为简洁，详细的步骤还需要翻阅相关的用户手册及安装配置相关的软件环境。

RTT启动过程介绍

打开一个新工程首先会去查看main.c源文件，让人意外的是工程中的main.c干净的不像话…只有一条语句：return 0;但是板子的灯在闪烁，串口也有命令交互，因此可以肯定的是rtt已经启动了，只不过代码的初始化过程不在main.c中。

使用过IAR的童鞋应该知道IAR编译工程后在进入main.c之前添加了一段函数代码，此处采用的正是此机制，只不过换成了keil。MCU第一次上电运行的运行过程一般为：

• 系统上电进入Reset_Handler中断，执行 SystemInit；
• SystemInit完成系统时钟源及向量表的配置后，跳转到main函数；
• 系统开始运行用户程序；

为了知道在跳转到main函数之前系统做了什么，通过调试开启单步运行可以看到，程序运行到此处： 从图中可以看到，不同的编译器在跳转到main函数之前执行所替代的函数各不相同，对于当前的keil工程，通过int $Sub$$main(void)来取代main函数的跳转，再通过int $Super$$main(void);跳回到main函数中。而系统的初始化过程则在int $Sub$$main(void);中完成。

在int rtthread_startup(void)中有一系列的rtt初始化函数，重点关注函数rt_hw_board_init();及rt_application_init();

1. int rtthread_startup(void)
3. {
5. rt_hw_interrupt_disable(); // 关系统中断
9. /* board level initalization
11. * NOTE: please initialize heap inside board initialization.
13. */
15. rt_hw_board_init(); // 板级初始化，系统外设相关初始化，时钟，中断，内存，控制台
19. /* show RT-Thread version */
21. rt_show_version();
25. /* timer system initialization */
27. rt_system_timer_init(); // 初始化一组软件定时器
31. /* scheduler system initialization */
33. rt_system_scheduler_init(); // 系统调度器初始化
37. /* create init_thread */
39. rt_application_init(); // 创建初始化任务
43. /* timer thread initialization */
45. rt_system_timer_thread_init(); // 定时器任务，管理所有的定时器
49. /* idle thread initialization */
51. rt_thread_idle_init(); // 空闲任务
55. /* start scheduler */
57. rt_system_scheduler_start(); // 启动系统调度器
61. /* never reach here */
63. return 0;
65. }

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rt_hw_board_init();函数中主要实现的是系统时钟及外设的初始化，见如下代码注释：

1. /**
3. * This function will initial STM32 board.
5. */
7. void rt_hw_board_init()
9. {
11. /* Configure the MPU attributes as Write Through */
13. //mpu_init(); // 没有配置mpu
17. /* Enable the CPU Cache */
19. CPU_CACHE_Enable();
23. /* STM32F7xx HAL library initialization:
25. - Configure the Flash ART accelerator on ITCM interface
27. - Configure the Systick to generate an interrupt each 1 msec
29. - Set NVIC Group Priority to 4
31. - Global MSP (MCU Support Package) initialization
33. */
35. HAL_Init(); // 硬件抽象层初始化，中断，systick配置
37. /* Configure the system clock @ 200 Mhz */
39. SystemClock_Config(); // 配置系统时钟
41. /* init systick */
43. SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND); // 又配置了一遍
45. /* set pend exception priority */
47. NVIC_SetPriority(PendSV_IRQn, (1 << __NVIC_PRIO_BITS) - 1); // 又配置了一遍
51. #ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT // 已开启
53. rt_components_board_init(); // 板载组件初始化
55. #endif
59. #ifdef RT_USING_EXT_SDRAM // 已开启
61. rt_system_heap_init((void*)EXT_SDRAM_BEGIN, (void*)EXT_SDRAM_END); // 初始化外部内存
63. sram_init();
65. #else
67. rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN, (void*)HEAP_END);
69. #endif
73. #ifdef RT_USING_CONSOLE
75. rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME); // 设置新控制台设备
77. #endif
79. }

复制代码

上述代码中调用了板级组件初始化函数rt_components_board_init，该函数体的代码如下所示：

1. /**
3. * RT-Thread Components Initialization for board
5. */
7. void rt_components_board_init(void)
9. {
11. #if RT_DEBUG_INIT // 未开启
13. int result;
15. const struct rt_init_desc *desc;
17. for (desc = &__rt_init_desc_rti_start; desc < &__rt_init_desc_rti_board_end; desc ++)
19. {
21. rt_kprintf("initialize %s", desc->fn_name);
23. result = desc->fn();
25. rt_kprintf(":%d done\n", result);
27. }
29. #else
31. const init_fn_t *fn_ptr;
35. // led mpu sdram uart
37. for (fn_ptr = &__rt_init_rti_start; fn_ptr < &__rt_init_rti_board_end; fn_ptr++)
39. {
41. (*fn_ptr)();
43. }
45. #endif
47. }

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从代码上直观理解，fn_ptr为一个函数指针，__rt_init_rti_start及__rt_init_rti_board_end为函数指针的起始及结束地址，通过for循环来调用这一系列的指针函数来完成班级组件的初始化。

而fn_ptr所指向的函数究竟是什么，有两种方式可以探别，一种是在调试中的(*fn_ptr)();语句处打断点，每次运行到此处时进入函数内部执行，则可以看到当前for循环所调用的指针函数；另一种方式则是直观的看代码，查找这两个起始及结束地址的定义，出现如下代码：

1. static int rti_start(void)
3. {
5. return 0;
7. }
9. INIT_EXPORT(rti_start, "0");// __rt_init_rti_start
13. static int rti_board_end(void)
15. {
17. return 0;
19. }
21. INIT_EXPORT(rti_board_end, "1.end");// __rt_init_rti_board_end

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INIT_EXPORT的宏定义如下：

1. <font color="rgb(222, 147, 95)"><font face="inherit">#define INIT_EXPORT(fn, level) \</font></font> <font color="rgb(178, 148, 187)"><font face="inherit">const</font></font> init_fn_t __rt_init_<font color="rgb(222, 147, 95)"><font face="inherit">##fn SECTION(".rti_fn."level) = fn</font></font>

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SECTION的宏定义如下：

1. <font color="rgb(204, 102, 102)"><font face="inherit">#define</font></font> <font color="rgb(129, 162, 190)"><font face="inherit">SECTION</font></font>(x) __<font color="rgb(129, 162, 190)"><font face="inherit">attribute__</font></font>((<font color="rgb(129, 162, 190)"><font face="inherit">section</font></font>(x)))

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__attribute__为ARM编译器的扩展属性，realview编译工具手册中对其描述如下： 将 INIT_EXPORT(rti_start, "0");宏展开，得到的函数语句如下：

1. <font color="rgb(178, 148, 187)"><font face="inherit">const</font></font> init_fn_t __rt_init_rti_start __attribute__((section(<font color="rgb(181, 189, 104)"><font face="inherit">".rti_fn.0"</font></font>)）） = rti_start;

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因此__rt_init_rti_start为一个函数指针，指向rti_start函数，同时__attribute__的section属性将该函数指针放在名为.rti_fn.0的段中。同理__rt_init_rti_board_end也是一个函数指针，指向rti_board_end函数，同时指定该函数指针存放在.rti_fn.1.end段中。

程序分析到这里，已经明白了编译器中关于段的含义，但是.rti_fn.0段与.rti_fn.1.end段之间到底还存在哪些函数指针，则需要进一步分析。工程全局搜索宏INIT_EXPORT,可看到如下宏定义：

1. /* board init routines will be called in board_init() function */
3. #define INIT_BOARD_EXPORT(fn) INIT_EXPORT(fn, "1")
5. /* device/component/fs/app init routines will be called in init_thread */
7. /* device initialization */
9. #define INIT_DEVICE_EXPORT(fn) INIT_EXPORT(fn, "2")
11. /* components initialization (dfs, lwip, ...) */
13. #define INIT_COMPONENT_EXPORT(fn) INIT_EXPORT(fn, "3")
15. /* file system initialization (dfs-elm, dfs-rom, ...) */
17. #define INIT_FS_EXPORT(fn) INIT_EXPORT(fn, "4")
19. /* environment initialization (mount disk, ...) */
21. #define INIT_ENV_EXPORT(fn) INIT_EXPORT(fn, "5")
23. /* appliation initialization (rtgui application etc ...) */
25. #define INIT_APP_EXPORT(fn) INIT_EXPORT(fn, "6")

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从宏定义中可以看到，根据编译器生成的段排列顺序，所有使用INIT_EXPORT(fn, "1")宏指定的指针函数都将介于.rti_fn.0段与.rti_fn.1.end段之间，即调用INIT_BOARD_EXPORT导出函数的语句处都会生成一个函数指针存放在这两个段之间。全局搜索INIT_BOARD_EXPORT,可以得知rt_components_board_init函数中的for循环调用的是以下函数：

其中stm32_hw_usart_init初始化并注册usart1设备，剩下的三个函数则是sdram、mpu及led引脚的初始化。

为了验证上述结论的正确性，打开工程生成的.map文件，全局搜索关键字.rti_fn.可以看到编译器放置在该段范围内的函数指针：

解决了stm32_hw_usart_init函数，剩下的rt_application_init则简单许多，该函数创建了一个主任务main_thread_entry,任务回调函数如下：

1. /* the system main thread */ // 初始化的任务主体
3. void main_thread_entry(void *parameter)
5. {
7. extern int main(void);
9. extern int $Super$main(void);
13. /* RT-Thread components initialization */
15. rt_components_init();
19. /* invoke system main function */
21. #if defined (__CC_ARM)
23. $Super$main(); /* for ARMCC. */ // 此时才会去调用main函数
25. #elif defined(__ICCARM__) || defined(__GNUC__)
27. main();
29. #endif
31. }

复制代码

该任务调用了rtt的组件初始化函数rt_components_init，该函数完成了一些系统的初始化服务，包括i2c、finsh、led_task等，分析过程同rt_components_board_init函数，不再赘述。任务的尾部才跳回到main函数中去处理用户代码。初始化的最后回到rtthread_startup函数中完成rtt的任务调度及启动。

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