物联操作技术应用 1

第2章移植LiteOS到STM32Chapter2PortingLiteostoStm32《物联网操作系统技术与应用》制作人张亚军

本章将介绍HuaweiLiteOS实验所需的开发环境及基本配置。硬件使用浙江华为NB-Iot全栈实验实训箱，该实训箱主控板采用STM32开发板；在软件方面，通过STM32CubeMX软件配置生成STM32开发板初始化裸机工程代码，在此基础上再使用Keil5集成开发环境（IDE）编辑、编译并移植LiteOS到STM32。前言01040302学习目标能够描述LiteOS实验所需的软硬件环境能够安装及配置STM32CubeMX和Keil5能够分析LiteOS源码的目录结构及其主要作用能够修改LiteOS移植过程中的相应配置文件目录开发环境IDE概述 STM32开发板简介LiteOS源码文件夹内容介绍2.12.22.3CONTENTS开发环境IDE概述2.1IDEOverview

集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment）简称IDE，是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。IDE集成了代码编写、分析、编译、调试等功能，是一体化的开发软件。所有具备这一特性的软件或者软件套（组）都可以称作集成开发环境。目前，市场上常用的STM32微处理器开发的IDE有Eclipse、IAR、LiteOSStudio、KeiluVision5等，本书使用KeiluVision5作为开发IDE，用于编辑、编译、链接、调试程序代码，并烧录程序到STM32开发板。另外，为生成STM32开发板初始化代码，还需要使用STM32CubeMX软件。2.1

开发环境IDE概述KeiluVision5是Keil公司(ARM公司之一)推出的KeilMDKv5，该版本使用uVision5IDE集成开发环境，是目前针对ARM微控制器，尤其是基于ARMCortex-M内核的微控制器最佳的一款集成开发工具。KeiluVision5主界面如图2-1所示：2.1

开发环境IDE概述图2-1KeiluVision5主界面STM32CubeMX是意法半导体(ST)推出的STM32芯片图形化配置工具，是基于java环境运行的一个插件（安装STM32CubeMX软件之前，需要先安装java运行环境），用于STM32产品的配置及使用图形化向导生成C初始化代码，可大大减少开发工作的时间和成本。STM32CubeMX主界面如图2-2所示：2.1

开发环境IDE概述图2-2STM32CubeMX主界面STM32CubeMX配置流程：1）选择芯片系列、型号、封装引脚，新建工程；2）配置SYS、RCC、USART等引脚信息；3）时钟配置；4）设置工程名称、路径，编程环境，芯片和固件包等信息；5）生成C初始化代码，可以在KEIL、IAR、GCC等开编译器中使用。2.1

开发环境IDE概述任务描述安装STM32CubeMX和KeiluVision5软件，搭建IDE开发环境，掌握STM32CubeMX和KeiluVision5的基本配置能力。任务2-1开发环境IDE安装及配置STM32开发板简介IntroductiontoSTM32DevelopmentBoard2.22.2

STM32开发板简介

开发板是用来进行嵌入式系统开发的电路板，STM32开发板以STM32系列微控制器（MCU）为主控芯片，集成了存储器、输入设备、输出设备、数据通路/总线和外部资源接口等一系列硬件组成。华为NB-Iot全栈实验实训箱主控板采用STM32开发板，如图2-34所示，MCU型号为STM32L431VCTb，该芯片的最大时钟频率为80MHz，LQFP100封装，程序存储器大小为256K，数据RAM大小为64K，数据RAM类型为SRAM。图2-34华为NB-Iot全栈实验实训箱主控板

任务描述

通过配置STM32CubeMX软件，生成STM32开发板裸机工程代码。

说明：裸机工程可以为之后移植物联网操作系统LiteOS提供硬件配置文件和外设驱动文件，同时可以测试开发板的基本功能。任务2-2生成STM32的裸机工程模板LiteOS源码文件夹内容介绍LiteOSSourceCodeFolders2.32.3

LiteOS源码文件夹内容介绍

华为LiteOS源码有develop和master两个版本，由于master版本是最稳定的发布版本，华为官方建议使用master版本。

打开LiteOS源码文件夹，可以看到其中又包含了很多文件及文件夹，下面来了解主要文件夹及其子文件夹的作用。LiteOS源码核心文件夹的主要内容如表2-1所示。1.arch文件夹arch文件夹存放LiteOS支持的硬件体系结构相关的接口文件，通常由汇编语言和C语言联合编写。这些接口文件与硬件密切相关，不同的硬件对应不同的接口文件，编写这些接口文件的过程称为移植，移植的过程通常由LiteOS和MCU原厂人员来完成，移植好的接口文件存放在arch文件夹中。本章所讲的“移植”其实是“使用LiteOS官方的移植”。2.kernel文件夹kernel文件夹中存放LiteOS基础内核代码，是LiteOS内核的核心。3.components文件夹components文件夹存放除内核之外的第三方组件，如：agent_tiny、lwip、lwm2m等。4.demos文件夹demos文件夹中存放的是供开发人员测试LiteOS内核的demo，是内核功能测试相关的例程代码。2.3

LiteOS源码文件夹内容介绍

5.targets文件夹targets文件夹中存放板级工程代码，含原厂芯片驱动。LiteOS已经为一些半导体厂商的评估板写好程序，这些程序被放在targets文件夹中。表2-1LiteOS源码核心文件夹的主要内容介绍

任务描述登录HuaweiLiteOS官方网站获取LiteOS源码，并将其移植到STM32开发板芯片中，实现芯片/开发板与外设驱动程序的适配。说明：对于嵌入式设备，由于资源有限，且芯片型号和外设差异较大，所以物联网操作系统无法像Windows/Linux那样适配集成所有驱动，因此通常会先适配部分芯片/开发板。为了让操作系统运行在其他芯片/开发板上，此时就需要移植。移植时不需要把整个LiteOS源码都放到工程文件中，只需把源码中的核心部分单独提取出来，否则工程的代码量会太大。LiteOS有两种移植方案：接管中断和非接管中断方式。接管中断的方式，是由LiteOS创建和管理中断，需要修改stm32启动文件，移植比较复杂。STM32的中断管理做的很好，用不着由LiteOS管理中断，所以下边的移植方案，是非接管中断的方式的。中断的使用，跟在裸机工程时一样。在target_config.h文件中，LOSCFG_PLATFORM_HWI宏定义为NO，即为不接管中断方式。任务2-3LiteOS的移植谢谢观看THANKYOUFORWATCHING任务2-1开发环境IDE安装及配置Task2-1InstallingandConfiguringIDE《物联网操作系统技术与应用》制作人张亚军任务描述安装STM32CubeMX和KeiluVision5软件，搭建IDE开发环境，掌握STM32CubeMX和KeiluVision5的基本配置能力。任务实现1.STM32CubeMX软件安装1）下载安装java开发工具包JDK，并配置环境变量登录Oracle官网（/），点击搜索按钮，如图2-3所示：任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-3Oracle官网（/）搜索jdk，如图2-4所示，点击JavaDownloadCentral下方链接，进入下载中心界面，根据自己的系统选择合适的版本（以JavaSE11为例），点击JDKDownload，如图2-5所示，进入JavaSEDevelopmentKit11Downloads下载页面，找到jdk-11.0.10_windows-x64_bin.exe，进行下载。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-4搜索jdk图2-5点击JDKDownload双击打开JDK安装程序，根据安装向导安装，点击“下一步”，如图2-6所示。

选择“开发工具”，点击“下一步”，如图2-7所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-6JDK安装向导图2-7选择“开发工具”等待安装完成，点击“关闭”，如图2-8所示。

接下来配置环境变量。右键单击桌面上的“计算机”图标，在弹出的右键菜单中选“属性”，打开属性窗口，选择“高级系统设置”，如图2-9所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-8点击“关闭”图2-9选择“高级系统设置”进入“系统属性”界面，点击“高级”选项卡下的“环境变量”按钮，如图2-10所示。

进入设置环境变量界面，在“系统变量”下方点击“新建”按钮，在新建系统变量界面输入变量名：JAVA_HOME，变量值：C:\ProgramFiles\Java\jdk-11.0.10（变量值与JDK安装路径必须保持一致），然后点击“确定”按钮，如图2-11所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-10点击“环境变量”按钮

图2-11新建JAVA_HOME环境变量选择系统变量Path，点击“编辑”按钮，在编辑系统变量界面的变量值后添加“%JAVA_HOME%\bin;”，点击“确定”按钮，如图2-12所示。

测试JDK是否安装成功。点击桌面左下角“开始”按钮，在弹出的开始菜单中点击“运行”按钮，然后键入“cmd”，在提示符下输入命令：java-version，出现如图2-13所示信息，说明环境变量配置成功。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-12编辑环境变量Path图2-13测试JDK是否安装成功2）下载安装STM32CubeMX软件登录ST官网（/content/st_com/en.html）。搜索STM32CubeMX，如图2-14所示：任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-14ST官网搜索STM32CubeMX图2-15点击“GetSoftware”按钮

下载完后解压安装包，双击打开安装程序

，按照安装向导，点击“Next”进行安装，如图2-16所示。等待安装完成，点击“Done”，如图2-17所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-16STM32CubeMX安装向导图2-17点击“Done”完成安装3）下载安装STM32MCU软件开发包

双击打开STM32CubeMX软件，进入主界面。选择“Help”->“Manageembeddedsoftwarepackages”，如图2-18所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-18Manageembeddedsoftwarepackages根据STM32开发板所用芯片型号选择合适的软件开发包进行安装。本书实验开发板芯片型号属于STM32L4系列，因而选择“STM32CubeMCUPackages”下的“STM32L4”，勾选最新版本软件开发包，单击“InstallNow”进行下载，如图2-19所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-19下载安装STM32CubeMCUPackage

下载安装完成后如图2-20所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-20STM32CubeMCUPackage安装完成4）STM32CubeMX软件安装环境检查

双击STM32CubeMX软件图标

，打开STM32CubeMX软件，在主界面窗口中点击“ACCESSTOMCUSELECTOR”，如图2-21所示。图2-21点击“ACCESSTOMCUSELECTOR”

在随后出现的界面的左侧列表中勾选：“core”->“ARMCortex-M4”，“Series”->“STM32L4”，“Line”->“STM32L4x1”，“Package”->“LQFP100”，然后双击右侧芯片型号STM32L431VC，新建工程，如图2-22所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-22选择STM32L431VC型号芯片出现如图2-23所示界面，表示工程创建成功，STM32CubeMX软件环境安装无误。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-23成功创建工程2.KeiluVision5软件安装1）下载安装KeiluVision5软件登录Keil官方网站的DownloadProducts页面（/download/product/），单击“MDK-Arm”，如图2-24所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-24Keil官方网站的DownloadProducts页面

在随后弹出的页面中，填写个人信息并提交，即可看到下载链接。单击“MDK533.EXE”按钮，如图2-25所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-25单击“MDK533.EXE”按钮

下载完成后，双击Keil安装包，根据安装向导进行安装，如图2-26所示。接受协议，选择安装目录，填写个人信息之后进入安装，当出现弹窗提示是否要安装通用串行总线控制器时，选择“安装”，如图2-27所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-26Keil安装向导图2-27安装通用串行总线控制器

最后点击“Finish”完成安装，如图2-28所示。

2）下载安装KeiluVision5芯片pack包

在浏览器地址栏输入网址/pack/Keil.STM32L4xx_DFP.2.5.0.pack，下载STM32L431VC的pack包Keil.STM32L4xx_DFP.2.5.0.pack并安装，如图2-29所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-28安装完成图2-29安装Keil.STM32L4xx_DFP.2.5.0.pack3）KeiluVision5软件安装环境检查

在KeiluVision5界面点击“Project”菜单下的“NewuVisionProject”，如图2-30所示。

选择工程保存路径，填写工程名称，点击保存，如图2-31所示。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-30新建工程图2-31选择工程保存路径

选择芯片pack包型号，点击“OK”，如图2-32所示。

出现如图2-33界面，表示已经创建生成一个基础工程，KeiluVision5环境安装无误。任务2-1开发环境IDE安装及配置图2-32选择芯片pack包型号图2-33创建生成一个基础工程谢谢观看THANKYOUFORWATCHING任务2-2生成STM32的裸机工程模板Task2-2GeneratingaSTM32Bare-MetalProjectTemplate《物联网操作系统技术与应用》制作人张亚军

任务描述

通过配置STM32CubeMX软件，生成STM32开发板裸机工程代码。

说明：裸机工程可以为之后移植物联网操作系统LiteOS提供硬件配置文件和外设驱动文件，同时可以测试开发板的基本功能。

任务实现1.打开STM32CubeMX软件，新建工程（方法见任务2-1中“STM32CubeMX软件安装环境检查”部分）。任务2-2生成STM32的裸机工程模板

2.引脚配置

1）配置烧录调试方式引脚。在“Pinout&Configuration”界面中左侧列表选择“SyetemCore”->“SYS”,在出现的Mode界面中Debug选项下拉选择“SerialWire”，即SWD接口，该接口适用于STLink和JLink。如图2-35所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-35配置SYS

2）配置时钟引脚。左侧列表选择“SyetemCore”->“RCC”,在出现的Mode界面中HighSpeedClock(HSE，外部高速时钟)选项下拉选择“Crystal/CeramicResonator（晶振/陶瓷谐振器）”，即采用外部晶振作为HSE的时钟源。如图2-36所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-36配置RCC

3）配置串口引脚。左侧列表选择“Connectivity”->“USART1”，在出现的Mode界面中Mode选项下拉选择“Asynchornous”，以同样的方法配置“USART2”和“USART3”，如图2-37所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-37配置UART

4）配置LED灯引脚。左侧列表选择“SyetemCore”->“GPIO”，点击右侧芯片上方的PD2（接开发板上的LED4），在弹出的下拉菜单中选“GPIO_Output”,以相同的方法配置PD3、PD4、PD5引脚（分别接开发板上的LED3、LED2、LED1），如图2-38所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-38配置LED灯引脚

5）配置KEY引脚。点击右侧芯片下方的PA4（接开发板上的KEY1），在弹出的菜单中选“GPIO_Input”,然后在“GPIOPull-up/Pull-down”后选择“Pull-up”，再以相同的方法配置PA5、PA6、PA7引脚（分别接开发板上的KEY2、KEY3、KEY4），如图2-39所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-39配置KEY引脚

3.时钟配置

单击进入“ClockConfiguration”界面，根据图2-40所示方式配置时钟信号。最高时钟频率为80MHz，在HCLK处输入80。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-40时钟配置

4.工程设置

点击进入“ProjectManager”界面，选择“Project”，填写工程名称和保存路径，IDE环境选择“MDK-ARMV5”进行工程配置，如图2-41所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-41工程设置选择“CodeGenerator”->”Generatefiles”,勾选如图2-42所示选项，完成工程配置。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-42CodeGenerator配置5.生成初始化代码点击“GENERATECODE”，在弹出的对话框中点击“OpenProject”，如图2-43所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-43OpenProject

随后自动弹出Keil5软件界面，在Keil5中打开名为TEST的工程，检查工程文件是否完整无误，如图2-44所示。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-44Keil5中打开TEST工程点击“Build”按钮进行编译，查看运行结果。任务2-2生成STM32的裸机工程模板图2-45查看运行结果根据图2-45的输出信息，0Error(s),0Warning(s)表示编译成功，说明初始化代码生成无误。（只要输出为0Error(s),即表示编译成功）。谢谢观看THANKYOUFORWATCHING任务2-3LiteOS的移植Task2-3PortingLiteOS《物联网操作系统技术与应用》制作人张亚军

任务描述登录HuaweiLiteOS官方网站获取LiteOS源码，并将其移植到STM32开发板芯片中，实现芯片/开发板与外设驱动程序的适配。说明：对于嵌入式设备，由于资源有限，且芯片型号和外设差异较大，所以物联网操作系统无法像Windows/Linux那样适配集成所有驱动，因此通常会先适配部分芯片/开发板。为了让操作系统运行在其他芯片/开发板上，此时就需要移植。移植时不需要把整个LiteOS源码都放到工程文件中，只需把源码中的核心部分单独提取出来，否则工程的代码量会太大。LiteOS有两种移植方案：接管中断和非接管中断方式。接管中断的方式，是由LiteOS创建和管理中断，需要修改stm32启动文件，移植比较复杂。STM32的中断管理做的很好，用不着由LiteOS管理中断，所以下边的移植方案，是非接管中断的方式的。中断的使用，跟在裸机工程时一样。在target_config.h文件中，LOSCFG_PLATFORM_HWI宏定义为NO，即为不接管中断方式。任务2-3LiteOS的移植

任务实现

1.移植前的准备工作

登录HuaweiLiteOSgithub网站（/liteos/liteos），单击“tags”进入如图2-46所示页面，选择“LiteOSV200R001C50B038”进行下载（由于LiteOS在不断更新，本书以LiteOSV200R001C50B038”为例）。任务2-3LiteOS的移植图2-46下载LiteOS源代码压缩文件

解压LiteOSV200R001C50B038.zip压缩包，查看解压后的文件夹，如图2-47所示。任务2-3LiteOS的移植图2-47解压后的文件夹

使用STM32CubeMX软件构建裸机工程（裸机工程即指STM32CubeMX配置生成的初始化代码，详见任务2-2，裸机工程界面如图2-44所示）。2.拷贝LiteOS内核源码及测试相关代码从LiteOS中拷贝如图2-48所示的四个文件夹。图2-48从LiteOS中拷贝四个文件夹

在裸机工程中创建Middlewares/LiteOS文件夹，把如上四个文件拷贝进去，如图2-49所示。在源码文件夹路径“targets\STM32F103VET6_NB_GCC”下拷贝OS_CONFIG文件夹，如图2-50所示。任务2-3LiteOS的移植图2-49拷贝到Middlewares/LiteOS文件夹图2-50拷贝OS_CONFIG文件夹

复制到裸机工程中，如图2-51所示。任务2-3LiteOS的移植图2-51拷贝到裸机工程中

3.添加源文件目录

在裸机工程项目中，单击“Project”->“Manage”->“ProjectItems...”，进入“ManageProjectItems”界面，如图2-52所示。

点击新建按钮

，创建“Middlewares/LiteOS/arch”文件夹，选择”AddFiles”添加文件，如图2-53所示。任务2-3LiteOS的移植图2-52“ManageProjectItems”界面图2-53创建“Middlewares/LiteOS/arch”

按图2-54添加需要的文件，文件路径为：“裸机工程名\Middlewares\LiteOS\arch\arm\arm-m\src”。不关闭此窗口，返回到目录”arch->arm->arm-m->cortex-m4->keil”，继续添加如图2-55所示文件。任务2-3LiteOS的移植图2-54添加los_hw.c、los_hw_tick.c和los_hwi.c文件图2-55添加los_dispatch_keil.S文件

继续创建“Middlewares/LiteOS/kernel”文件夹，如图2-56所示。

在Middlewares\LiteOS\kernel文件夹下添加Los_init.c文件以及base文件夹下core、ipc、misc、om目录下的全部.c文件，如图2-57所示。任务2-3LiteOS的移植图2-57添加Los_init.c等文件图2-56创建“Middlewares/LiteOS/kernel”

进入”kernel->base->mem”文件夹，添加bestfit_little、common、membox文件夹下的所有文件，如图2-58所示。

添加目录“kernel->extended->tickless”下所有文件，如图2-59所示。任务2-3LiteOS的移植图2-58添加bestfit_little等目录下的文件图2-59添加“kernel->extended->tickless”下所有文件

添加完成后的效果如图2-60所示。

创建“Middlewares/LiteOS/cmsis”文件夹。添加目录”Middleware->LiteOS->osdepends->liteos->cmsis”下的cmsis_liteos.c文件，如图2-61所示。任务2-3LiteOS的移植图2-60添加完成后的效果图2-61添加cmsis_liteos.c文件

添加OS_CONFIG头文件。创建“OS_CONFIG”文件夹，添加工程目录下OS_CONFIG文件夹的.h文件。添加后结果如图2-62所示。任务2-3LiteOS的移植图2-62添加OS_CONFIG文件夹的.h文件

4.头文件设置

单击工程界面“OptionsforTarget”按钮，在弹出的窗口中选择“C/C++”，再选择“IncludePaths”添加头文件路径，如图2-63所示。任务2-3LiteOS的移植图2-63添加头文件

添加如图2-64所示文件夹路径。任务2-3LiteOS的移植图2-64添加头文件的路径5.修改target_config.h

修改OS_CONFIG目录下的target_config.h文件，