RT-Thread操作系统μC/OS-III兼容层 发布啦

发布于 2020-07-09 15:28:20

RT-Thread操作系统μC/OS-III兼容层

μCOS-III Wrapper

https://github.com/mysterywolf/RT-Thread-wrapper-of-uCOS-III


1 概述

这是一个针对国产RT-Thread操作系统的μCOS-III操作系统兼容层,可以让基于美国Micriμm公司的μCOS-III操作系统的项目快速迁移到RT-Thread操作系统上。

1.1 本兼容层适合于:

  1. 老项目需要从μCOS-III操作系统向RT-Thread操作系统迁移
  2. 之前学习过μCOS-III操作系统,意图转向学习RT-Thread国产操作系统。本兼容层可以帮您用已有的μCOS-III编程经验和习惯快速将项目跑起来,日后再慢慢深入熟悉RT-Thread的API函数,逐步向RT-Thread过度。降低您的学习门槛和时间成本。有了本兼容层,对RT-Thread API以及编程风格的不熟悉再也不是您学习RT-Thread的阻力!

1.2 版本详细信息

组件名称版本号
RT-Thread nano3.1.3
μC/OS-III3.03.00
μC/CPU1.30.00
μC/LIB1.37.02

兼容uCOS-III 3.00-3.08全系列

1.3 官网

RT-Thread:https://www.rt-thread.org/

文档中心:https://www.rt-thread.org/document/site/tutorial/nano/an0038-nano-introduction/

μCOS-III:https://www.micrium.com/

文档中心:https://doc.micrium.com/display/kernel304/uC-OS-III+Documentation+Home

2 使用

2.1 Keil-MDK仿真工程

本仿真工程是基于STM32F103RB平台。

Keil工程路径:<u>RT-Thread-wrapper-of-uCOS-IIIrt_thread_3.1.3-ucosiii_3.03-wrapperrt-thread-3.1.3bspstm32f103-msh-628Project.uvprojx</u>

需要提前安装好RT-Thread Nano-3.1.3 Keil支持包:https://www.rt-thread.org/download/mdk/RealThread.RT-Thread.3.1.3.pack

注意:调试串口使用的是USART2,不是USART1

2.2 迁移步骤

  1. 浏览一下μC-CPU/cpu.h文件,看一下头文件中的定义是否符合你的CPU,一般不需要改这个文件
  2. 浏览一下μCOS-III/os.h文件,看一下错误代码,这个错误代码和原版μCOS-III是有一定区别的。

    注意: 请勿随意打开注释掉的枚举体成员,如果用户使用到了这些注释掉的成员,则会在迁移时编译报错,用以提醒用户这些错误代码在兼容层已经不可用。
  3. 软件定时器:μCOS-III原版的软件定时器回调函数是两个参数,本兼容层由于RT-Thread的回调函数仅为一个参数,因此改为一个参数(详见μCOS-III/os.h)。

    μCOS-III原版软件定时器回调函数定义:

    typedef  void  (*OS_TMR_CALLBACK_PTR)(void *p_tmr, void *p_arg);

    本兼容层软件定时器回调函数定义:

    typedef  void (*OS_TMR_CALLBACK_PTR)(void *parameter);
  4. 配置os_cfg.h和os_cfg_app.h
    每个选项的配置说明和原版μCOS-III一致,若有不同,我已经在注释中有所解释。

    原版μCOS-III配置说明可参见:

    a)《嵌入式实时操作系统μC/OS-III》北京航空航天大学出版社 宫辉等译 邵贝贝审校

    b) Micriμm公司文档中心: https://doc.micrium.com/display/kernel304/uC-OS-III+Features+os_cfg.h

2.3 os_cfg.h配置文件

#define  OS_CFG_DBG_EN  1     /* Enable (1) debug code/variables  */  

​ 该宏定义定义是否启用兼容层调试,建议在第一次迁移时打开,因为在兼容层内部,一部分uCOS-III原版功能没有实现,如果用户用到了这部分没有实现的功能,将会通过调试的方式输出,予以提示。用户务必对业务逻辑予以修改。

#define  OS_CFG_TMR_TASK_RATE_HZ 100u /* Rate for timers (100 Hz Typ.) */

​ 在原版μCOS-III中,该宏定义定义了软件定时器的时基信号,这与RT-Thread的软件定时器有本质的不同,在RT-Thread中,软件定时器的时基信号就等于OS ticks。因此为了能够将μCOS-III软件定时器时间参数转为RT-Thread软件定时器的时间参数,需要用到该宏定义。请使该宏定义与原工程使用μCOS-III时的该宏定义参数一致。

2.4 os_cfg_app.h配置文件

RT-Thread无需实现μCOS-III的中断任务,因此相关配置予以取消。

2.5 运行

int main(void) /*RT-Thread main线程*/
{
    OS_ERR err;
    
    OSInit(&err);                                   /*uCOS-III操作系统初始化*/
    
    OSStart(&err);                                  /*开始运行uCOS-III操作系统*/
    
#if OS_CFG_APP_HOOKS_EN > 0u
    App_OS_SetAllHooks();                           /*设置钩子函数*/
#endif  
    
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
    OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                   /*统计任务*/    
    OSStatReset(&err);                              /*复位统计数据*/    
#endif      

}

2.6 注意

  1. 由于μCOS-III支持8、16、32位CPU,而RT-Thread支持32、64位CPU,因此本兼容层仅能对基于32位CPU的已有工程进行兼容
  2. μCOS-III的任务堆栈大小单位是sizeof(CPU_STK),而RT-Thread的线程堆栈大小单位是Byte,虽然在兼容层已经做了转换,但是在填写时一定要注意,所有涉及到μCOS-III的API、宏定义全部是按照μCOS-III的标准,即堆栈大小为sizeof(CPU_STK),切勿混搭!这种错误极其隐晦,一定要注意!下面是混搭的错误示例

    ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
    static rt_uint8_t thread2_stack[1024];//错误:混搭RT-Thread的数据类型定义线程堆栈
    
    OSTaskCreate(&thread2,
                 (CPU_CHAR*)"thread2",
                 thread2_entry,    
                 RT_NULL,
                 THREAD_PRIORITY,
                 thread2_stack,
                 sizeof(thread2_stack)/10,//任务堆栈深度限位(错误:这个参数的单位是sizeof(CPU_STK))
                 sizeof(thread2_stack),//任务堆栈大小(错误:这个参数的单位是sizeof(CPU_STK))
                 0,
                 THREAD_TIMESLICE,
                 0,
                 OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                 &err);

    下面是正确写法

    #define THREAD_STACK_SIZE       256 //正确,要通过宏定义单独定义堆栈大小,单位为sizeof(CPU_STK)
    ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
        static CPU_STK thread2_stack[THREAD_STACK_SIZE];//正确,使用uCOS-III自己的数据类型定义任务堆栈
    
    OSTaskCreate(&thread2,
                 (CPU_CHAR*)"thread2",
                 thread2_entry,
                 RT_NULL,
                 THREAD_PRIORITY,
                 thread2_stack,
                 THREAD_STACK_SIZE/10,//任务堆栈深度限位(正确)
                 THREAD_STACK_SIZE,//任务堆栈大小(正确)
                 0,
                 THREAD_TIMESLICE,
                 0,
                 OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                 &err);
  3. 切勿将RT-Thread和μCOS-III的API混搭使用。

    ​ 例如RTT中的rt_thread_suspend / rt_thread_resume仅支持一次挂起/解挂;而μCOS-III的OSTaskSuspend / OSTaskResume是支持嵌套挂起/解挂的,为此需要继承struct rt_thread结构体并在其基础上增加成员.SuspendCtr变量实现该功能。若采用rt_thread_init初始化线程,该函数并不会管理μCOS-III兼容层的成员变量,.SuspendCtr也不会创建和初始化,若此时调用OSTaskSuspend / OSTaskResume函数试图指向.SuspendCtr成员变量,将会访问非法内存地址(因为rt_thread_init初始化的线程.SuspendCtr成员变量根本不存在)!

  4. 兼容层取消了原版μCOS-III中的时间戳功能

    ​ 在μCOS-III中,时间戳主要用于测量中断关闭时间,以及任务单次执行时间以及最大时间等涉及到精度较高的时长测量。该特性在μCOS-II以及RT-Thread中均没有,因此不予实现。

  5. μCOS-III原版定时器回调函数是在定时器线程中调用的,而非在中断中调用,因此要使用μCOS-III兼容层的软件定时器,需要将rtconfig.h中的宏定义RT_USING_TIMER_SOFT置1。

3 接口

3.1 没有实现兼容的API(仅2个)

虽然RT-Thread没有任务内建消息队列、任务内建信号量、任务内建寄存器机制,但是本兼容层均已实现,可以正常兼容。但是由于RT-Thread没有提供相关接口,以下μCOS-III API无法兼容:

void  OSTaskChangePrio (OS_TCB *p_tcb, OS_PRIO prio_new, OS_ERR *p_err);
void  OSTaskTimeQuantaSet (OS_TCB *p_tcb, OS_TICK time_quanta, OS_ERR *p_err);

3.2 钩子函数

μCOS-III的钩子函数仅对μCOS-III兼容层负责。 即如果你注册了OSTaskDelHook函数,他仅会在调用OSTaskDel函数时被调用,不会在调用rt_thread_detach函数时被调用(这个由RTT的钩子函数负责)。这样做是为了层次分明,防止μCOS-III兼容层插手RT-Thread内部事务。

​ μCOS-III的钩子函数在两个文件中实现:os_cpu_c.c和os_app_hooks.c 。按照μCOS-III的思想,os_cpu_c.c提供原始的钩子函数(即这些钩子函数被相应的函数直接调用),该文件以及其内部的钩子函数是移植工程师编写的内容,应用工程师不应该操作这个文件的内容,os_cpu_c.c文件的钩子函数提供相应的函数指针供os_app_hooks.c文件内的钩子函数注册和使用,这个文件内的钩子函数应用工程师是可以操作的。换句话说,我们有什么需要在钩子函数中调用的函数,应该放在os_app_hooks.c文件中。

​ 以下原版μCOS-III钩子函数将予以取消,由RT-Thread接管相关钩子函数接管:

void          OSTaskReturnHook          (OS_TCB *p_tcb);
void          OSTaskSwHook              (void);
void          OSTimeTickHook            (void);

​ 同时,上述钩子函数对应的应用级钩子函数也被取消:

void  App_OS_TaskReturnHook (OS_TCB  *p_tcb);
void  App_OS_InitHook (void);/*按照手册要求OS初始化的钩子函数不应该出现在应用层,在3.03版本中出现应该是失误,在3.08版本中已经将该应用级钩子函数取消*/
void  App_OS_TaskSwHook (void);
void  App_OS_TimeTickHook (void);

3.3 统计任务(OS_StatTask()、os_stat.c)

​ 在μCOS-III中,统计任务是一个系统任务,可以在系统运行时做一些统计工作,例如统计总的CPU使用率(0.00% - 100.00%)、各任务的CPU使用率(0.00% - 100.00%)以及各任务的堆栈使用量。从内核版本V3.03.00起,CPU的利用率用一个0-10000之间的整数表示(对应0.00% - 100.00%)。

​ 但是RT-Thread并没有统计任务,因此需要创建一个任务来兼容原版μCOS-III的统计任务,完成上述功能。该统计任务会在兼容层初始化时自动创建,用户无需干预。用户仅需调用OSStatTaskCPUUsage全局变量即可获取当前的CPU使用率,CPU使用率的计算策略和原版μCOS-III完全一致

​ 目前统计任务实现的功能:

  1. 计算全局CPU使用率
  2. 计算每个任务的任务堆栈使用情况(当 OS_CFG_DBG_EN 和 OS_CFG_STAT_TASK_STK_CHK_EN 为1)

3.4 全局变量

目前,本兼容层可以使用以下μCOS-III原版全局变量(位于os.h)。这些全局变量的具体含义请参见2.2节中所列举出的参考资料。(论坛放不下了,请大家到github上去看详细介绍吧!)

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