第2章　新建FreeRTOS工程——软件仿真

在开始写FreeRTOS内核之前，先新建一个FreeRTOS的工程，Device选择Cortex-M3（Cortex-M4或Cortex-M7）内核的处理器，调试方式选择软件仿真，然后我们再开始一步一步地教大家把FreeRTOS内核从0到1写出来，让大家彻底搞懂FreeRTOS的内部实现和设计的思想。最后我们再把FreeRTOS移植到野火STM32开发板上，最后的移植其实已经非常简单，只需要换一下启动文件和添加bsp驱动即可。

2.1　新建本地工程文件夹

在开始新建工程之前，我们先在本地计算机端新建一个文件夹用于存放工程。文件夹名设置为“新建FreeRTOS工程——软件仿真”（名字可以随意设置），然后在该文件夹下面新建各个文件夹和文件，有关这些文件夹的包含关系和作用具体如表2-1所示。

表2-1　工程文件夹根目录下的文件夹及作用

2.2　使用KEIL新建工程

开发环境我们使用KEIL5，版本为5.23，高于版本5即可。

2.2.1　New Project

首先打开KEIL5软件，新建一个工程，工程文件放在目录Project下面，名称为Fire_FreeRTOS，文件夹名称必须是英文，不能是中文。

2.2.2　Select Device for Target

设置好工程名称，单击OK按钮之后会弹出Select Device for Target对话框，让我们选择处理器，这里选择ARMCM3（ARMCM4或ARMCM7），具体如图2-1（图2-2或图2-3）所示。

图2-1　Select Device（ARMCM3）for Target

图2-2　Select Device（ARMCM4）for Target

图2-3　Select Device（ARMCM7）for Target

2.2.3　Manage Run-Time Environment

选择好处理器，单击OK按钮后会弹出Manage Run-Time Environment对话框。这里我们在CMSIS栏中选中CORE，在Device栏中选中Startup即可，具体如图2-4所示。

图2-4　Manage Run-Time Environment

单击OK按钮，关闭Manage Run-Time Environment对话框之后，刚刚我们选择的CORE和Startup这两个文件就会添加到工程组的CMSIS中，具体如图2-5所示。

图2-5　CORE和Startup文件

其实这两个文件刚开始都是存放在KEIL的安装目录下，当我们配置Manage Run-Time Environment对话框之后，软件就会把选中的文件从KEIL的安装目录复制到我们的工程目录Project\RTE\Device\ARMCM3（ARMCM4或ARMCM7）下面。其中startup_ARMCM3.s（startup_ARMCM4.s或startup_ARMCM7.s）是用汇编语言编写的启动文件，system_ARMCM3.c（system_ARMCM4.c或system_ARMCM7.c）是用C语言编写的与时钟相关的文件。更加具体的内容可直接参见这两个文件的源码。只要是Cortex-M3（Cortex-M4或Cortex-M7）内核的单片机，这两个文件都适用。

2.3　在KEIL工程中新建文件组

在工程里面添加user、rtt/ports、rtt/source和doc这几个文件组，用于管理文件，具体如图2-6所示。

对于新手，这里有个问题，就是如何添加文件组，具体的方法为右击Target 1，在弹出的快捷菜单中选择Add Group…命令，具体如图2-7所示，需要创建多少个组，就按上述方法操作多少次。

图2-6　新添加的文件组

图2-7　如何添加组

2.4　在KEIL工程中添加文件

在工程中添加组之后，需要把本地工程中新建的文件添加到工程，具体为把readm.txt文件添加到doc组，main.c文件添加到user组，FreeRTOS相关的文件我们还没有编写，那么FreeRTOS相关的组暂时为空，具体如图2-8所示。

图2-8　向组中添加文件

对于新手，这里有个问题就是如何将本地工程中的文件添加到工程组，具体的方法为双击相应的组，在弹出的对话框中找到要添加的文件，默认的文件类型是C文件，如果要添加的是文本或者汇编文件，那么此时将看不到，这时就需要把文件类型设置为All Files，最后单击Add按钮即可，具体如图2-9所示。

图2-9　向组中添加文件

下面编写main()函数。

一个工程如果没有main()函数是无法编译成功的，因为系统在开始执行时先执行启动文件中的复位程序，复位程序里面会调用C库函数__main，__main的作用是初始化系统变量，如全局变量、只读的变量、可读可写的变量等。__main最后会调用__rtentry，再由__rtentry调用main()函数，从而由汇编进入C的世界，这里面的main()函数就需要我们手动编写，如果没有编写main()函数，就会出现main()函数没有定义的错误，具体如图2-10所示。

图2-10　没定义main()函数的错误

我们将main()函数写在main.c文件中，因为是刚刚新建的工程，所以main()函数暂时为空，具体参见代码清单2-1。

代码清单2-1　main()函数

 1 /*
 2 ************************************************************************
 3 *                                main()函数
 4 ************************************************************************
 5 */
 6 int main(void)
 7 {
 8 for (;;)
 9     {
10 /* 无操作 */
11     }
12 }

2.5　调试配置

2.5.1　设置软件仿真

最后，我们再配置一下与调试相关的参数。为了方便，全部代码都用软件仿真，既不需要开发板也不需要仿真器，只需要一个KEIL软件即可，有关软件仿真的配置具体如图2-11所示。

图2-11　软件仿真的配置

2.5.2　修改时钟大小

在时钟相关文件system_ARMCM3.c（system_ARMCM4.c或system_ARMCM7.c）的开头，有一段代码定义了系统时钟的频率为25MHz，具体参见代码清单2-2。在软件仿真时，为确保时间的准确性，代码中的系统时钟与软件仿真的时钟必须一致，所以Options for Target对话框中Target的时钟频率应该由默认的12MHz改成25MHz，具体如图2-12所示。

代码清单2-2　时钟相关宏定义

 1 #define __HSI     ( 8000000UL)
 2 #define __XTAL    ( 5000000UL)
 3
 4 #define __SYSTEM_CLOCK    (5*__XTAL)  /* 5×5000000 = 25M */

2.5.3　添加头文件路径

在C/C++选项卡中指定工程头文件的路径，否则编译会出错。头文件路径的具体指定方法如图2-13所示。

图2-12　软件仿真时钟配置

图2-13　指定头文件的路径

至此，一个完整的基于Cortex-M3（Cortex-M4或Cortex-M7）内核的FreeRTOS软件仿真工程建立完毕。