自己用操作系统四元素：进程线程管理、内存管理、文件系统和驱动一起拼一个RTOS

自己用操作系统四元素：进程线程管理、内存管理、文件系统和驱动一起拼一个RTOS

• Gitee源码仓库地址：才鲸嵌入式 / 自己用操作系统4元素搭一个RTOS操作系统

• CSDN文章阅读地址：

• 兄弟仓库：才鲸嵌入式 / ARM-Cortex-M3从汇编到C 从Boot到应用教程

• 当前在Linux GCC环境下编译和运行，后续也会移植到Keil MDK上面去。

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一、组合而成的RTOS中用到的开源源码模块

• 不使用完善的RTOS进行移植，而是自己用操作系统四元素：进程线程管理、内存管理、文件系统和驱动一起拼一个RTOS。
• 其中：

• 线程管理模块使用Atomthreads源码，这款kernel里面只有几个源文件，既可以在8位CPU上跑，也能在32位CPU上跑。
• 内存管理模块使用dlmalloc源码，只有一个源文件一个头文件就实现了malloc和free。
• 文件系统使用使用开源的FatFs，里面只有7个源文件，支持exFAT和FAT32格式的U盘、SD卡等。
• 驱动自己编写，可能会借鉴STM32的外设库。
• 前期先支持ARM Cortex-M3内核的某款芯片。

二、RTOS中各模块详情

7）07_OS_kernel

• 还未进行

• Atomthreads M3硬件相关的代码原本是适配Linux下的，移植到Keil中比较麻烦，已放弃

• 嵌入式常见的RTOS有好几个，很多都是线程管理、内存管理、驱动框架、文件系统框架等操作元素合在一起的，移植起来复杂一点，我需要更简单的演示；所以我这里选用Atomthreads，它纯粹就只有一个OS中的进程管理模块，总共也只有6个.c文件，内容简单，便于理解；可以熟悉移植线程管理模块需要修改哪些硬件相关的代码；它也可以移植到8位CPU上面。

  • 官方网址：Atomthreads: Open Source RTOS

• 工程和源码在本文档同级目录\src\07_OS_kernel\下

• 更多的移植流程详见子文档[《03_ARM Cortex-M3 Atomthreads操作系统内核移植过程.md》](./doc/03_ARM Cortex-M3 Atomthreads操作系统内核移植过程.md)

• Keil模拟器的介绍详见子文档《04_Keil模拟器介绍.md》

• 其它几个操作系统移植时需要的配置操作：

  • uCOS系统比较简单，配置没有图形界面或者字符界面，就是宏定义文件。
  • FreeRTOS配置也没有图形界面或者字符界面，就是宏定义文件。
  • RT-Thread系统配置在Windows下有图形界面，在Linux有Linux内核同款的menuconfig字符配置界面，配完后会生成一个有宏定义的头文件。
  • 自己写操作系统时，也可以用menuconfig模块作为你的配置界面。
  • eCos有自己的图形配置界面。
  • Linux使用menuconfig字符配置界面。

嵌入式操作系统-ucos的移植（上）
RT-Thread 之 PWM 设备驱动详细配置过程（血泪经验）
RTThread Studio开发STM32基本工程配置
rtthread 4.0 shell的裁剪
使用eCos图形化配置工具管理eCos应用程序
uCOSII、eCos、FreeRTOS和djyos操作系统的特点及不足
关于ucosII系统的软件系统裁剪性
FreeRTOS（1）—FreeRTOS 内核配置说明

• Keil选择设备时，不能再选择ARM中的Cortex-M3，而要选择一款实际的芯片了，因为这样才能使用中断和定时器的头文件定义；我这里选用STM32F103ZG

  • 首先点击软件上面绿色和黄色方框的按钮，需要先在Keil中的Pack Installer窗口中左侧选中STMicroelectronics–STM32F1 Series–STM32F103–STM32F103ZG，再在右侧安装STM32F1xx_DFP；如果软件下载速度很慢，可以自行去网上下载keil.STM32F1xx_DFP.2.4.0.pack；一个很快的下载地址是Keil.STM32F1xx_DFP.2.3.0.pack (47.84MB)
  • MDK5.29，5.30，5.31，5.32，5.33, 5.34，5.35, 5.36, 5.37和各种pack软件包镜像下载（2022-05-04）
  • 右侧还自带了TencentOS，RT-Thread，FreeRTOS操作系统，可以开盒即用，很方便；因为我这里是演示操作系统移植的原理，所以不使用这些现成的。

• 在软件配置的Debug页面，选择模拟器Use Simulator，并且将Cortex-M3的模拟器库改成STM32F1xx的；将DCM.DLL和-pCM3改为DARMSTM.DLL和-pSTM32F103ZG

• 遇到的问题及解决办法

  • Keil环境配置及stm32程序的仿真调试
  • “error 65: access violation at 0x40021000 : no ‘read’ permission”错误的解决
  • 【09】keil软件仿真STM32，电脑上虚拟串口收发，无需硬件

8）08_OS_memory

• 还未进行

• 工程和源码在本文档同级目录\src\08_OS_memory\下

• 内存操作实际上就是对Heap堆的操作。

• Keil也自带了堆操作的库，已经实现了malloc和free，直接在工程里勾选微库MicroLI即可，微库内部位置一个堆管理模块。

  • Keil的堆设置

• 使用开源的dlmalloc可以实现操作系统中的内存管理模块，只有一个.c和一个.h就可实现。

  • 第一个下载地址是mirrors_android_source / dlmalloc，但是不用这里面的代码
  • 上面下载的版本里面有安卓加的少量修改，但是文件的注释里面有没修改的原始地址，是ftp的方式：ftp://gee.cs.oswego.edu/pub/misc/malloc.c 和ftp://gee.cs.oswego.edu/pub/misc/malloc-2.8.6.h ，如果你不会ftp下载，可以直接网页访问https://gee.cs.oswego.edu/pub/misc/ 复制里面的malloc-2.8.6.c和malloc-2.8.6.h，将其改名为dlmalloc.c和dlmalloc.h。
  • 在.c源码里加入dlmalloc_init和dlmalloc_sbrk函数，传入你给内存分配器分配的总内存。
  • 然后在.h头文件里加入MALLOC_ALIGNMENT、malloc_getpagesize等一系列配置宏定义。
  • 然后在程序中调用dlmalloc_init函数初始化后，你就可以使用malloc和free了

• 参考网址：

• dlmalloc（一）

9）09_OS_filesystem

• 还未进行

• 工程和源码在本文档同级目录\src\09_OS_filesystem\下

• 使用FatFs开源嵌入式文件系统，里面只有7个源文件，支持exFAT和FAT32格式的U盘、SD卡等，支持Unicode中文和ANSI/OEM GB2312中文。

  • 源码中已适配uC/OS-II、FreeRTOS和Keil CMSIS-RTOS操作系统。
  • 官方下载地址FatFs，下载地址比较慢。
  • 添加头文件实现DWORD、QWORD、UINT、BYTE、WORD、WCHAR、TCHAR等数据类型定义。
  • 将ffconf.h中的配置宏定义和你自己系统中的宏定义结合统一起来。
  • 实现diskio.c中要调用的底层USB、SD卡等驱动的文件读写接口。

• 参考网址：

• Fatfs（文件系统的移植）

• [FatFs（通用FAT文件系统模块）下载与介绍](