干貨｜操作系統RTOS為什么要搞兩種API?

電子工程世界EEWorld

2021年12月2日 13:10

本文以FreeRTOS為例，如果我們自己在官網下載源碼然后手動移植代碼就是使用FreeRTOS的原生API接口，如果我們使用STM32CubeMX來配置工程就是使用的CMSIS-API接口，是對FreeRTOS的原生API接口進行了封裝。

一、RTOS為什么要搞兩種API?

CMSIS-RTOS API是ARM公司為RTOS內核制定的一套通用接口協議，它提供了一套「標準的API接口」，可以移植到各種各樣的RTOS上，使得上層的軟件、中間件、庫以及其他組件在不同的RTOS之上都可以正常工作。

簡單的說就是：STM32是ARM內核的，這大家都知道。FreeRTOS是一種免費的開源的嵌入式操作系統。那它肯定就不屬于ARM公司的對不對？這也很好理解。現在你要在我ARM內核上面使用不是我的RTOS產品，那么我ARM公司就要把你這個RTOS給打包一遍，封裝成屬于我的適合我的API接口協議類型的CMSIS-RTOS API。這樣解釋應該好一點。

在STM32上使用FreeRTOS，可以直接使用FreeRTOS的原生接口(原生API)，源碼移植就是使用的是原生API接口，這無可厚非。你也可以選擇CMSIS接口，實際上CMSIS接口和原生接口都是類似的，但是如果你學會了CMSIS的RTOS接口之后，也能自學對應的原生接口，當然還是有區別的，因此還是需要花時間去熟悉的。

學會了CMSIS的最大好處就是，只要其它RTOS有提供CMSIS接口，我們就可以直接使用CMSIS接口，而不需要再花時間去了解原生接口。比如我們在學習UCOS時，發現UCOS的API和FreeRTOS的API不同，是因為我們學的都是它們原生的API，就是我們下載源碼后在keil中移植的那種。但是如果我們學會了CMSIS-API，那么不管以后學習哪一個OS，只要這個OS提供了CMSIS的接口，我們就直接可以用CMSIS的API來調用學習，而不需要再花時間去了解原生接口。

STM32CubeMX在提供FreeRTOS時也提供了CMSIS接口，后面具體舉例時就可以看到封裝的.c文件，總之ST對FreeRTOS封裝出了CMSIS接口。

二、使用CubeMX配置FreeRTOS

以STM32F407ZGT6芯片為例，使用CubeMX配置FreeRTOS。

1、新建工程

2、外部晶振

選擇外部晶振

4、下載器

選擇四線的SWD接口下載器。

5、打開FreeRTOS

這里可以看到STM32CubeMX只提供了一種RTOS就是FreeRTOS，并且提供的是CMSIS接口API，并沒有提供原生的API，所以如果你想學習原生API就必須學會手動移植源碼，使用STM32CubeMX來創建工程就必須使用ARM公司的CMSIS API

Include paramters

這一個與FreeRTOS的原生接口有關，大家凡是看到v打頭、x打頭的函數，都是FreeRTOS的原生函數，我們現在要使用的是對原生接口封裝后的CMSIS API，通過Include paramter的配置可以決定哪些原生接口被使用，哪些不被使用，不過有關Include paramters中的內容，一般情況下使用默認設置即可。

User Constant

在該這欄目中可以添加宏定義，添加后就會在代碼中自動生成宏定義的代碼，但是我們一般不會這樣添加，我們需要定義什么宏定義，我們一般都是直接在代碼中編寫。

Task and Queues

在這一個欄目中，我們可以添加任務(線程)，自動生成代碼時就會生成創建任務(線程)的代碼，一般會有一個默認任務，如果需要的話我們可以額外添加一個任務，當然我們也可以自己去寫這些創建任務的代碼。

添加一個任務(線程)，默認任務+添加的任務，目前我們有兩個任務，創建工程時會自動生成創建這兩個任務的代碼。

添加之前

添加之后

Timers and Semaphores

通過該欄目可以添加軟件定時器、互斥鎖和信號量，然后就可以自動生成軟件定時器、互斥鎖和信號量的代碼，但是一般情況是在寫代碼時我們自己添加相應的代碼，而不是自動生成能，所以這個欄目不配置。

目前不添加定時器、互斥鎖和信號量，編程時在代碼中添加。

FreeRTOS Heap Usage(堆設置)

6、時鐘配置

Fvco:VCO頻率
SYSCLK:系統時鐘頻率
Fusb:USB,SDIO,RNG等的時鐘頻率
Fs:PLL輸入時鐘頻率,可以是HSI,HSE等. 
plln:主PLL倍頻系數(PLL倍頻),取值范圍:64~432.
pllm:主PLL和音頻PLL分頻系數(PLL之前的分頻),取值范圍:2~63.
pllp:系統時鐘的主PLL分頻系數(PLL之后的分頻),取值范圍:2,4,6,8.(僅限這4個值!)
pllq:USB/SDIO/隨機數產生器等的主PLL分頻系數(PLL之后的分頻),取值范圍:2~15.

外部晶振為8M的時候,推薦值:plln=336,pllm=8,pllp=2

7、工程設置

8、生成代碼

建議勾選上分文件管理。我們在生成代碼的時候，出現了如下提示，我們這里需要解決這個警告，否者會出問題。

前面介紹FreeRTOS時說過，FreeRTOS線程切換的本質就是定時器定一個時間，定的時間到了就切換運行其它線程，在默認情況下會使用Systick來作為RTOS的時間片定時器，這里不湊巧的是HAL 庫代碼已經使用了 Systick，所以上面警告就是告訴你沖突了，我們需要解決這個沖突。

如何解決沖突？

先點擊“否”，將 sys 中的 Systick 換成其它定時器，比如tim1，RTOS就使用 tim1來做自己的Systick。

做了以上設置后在生成代碼時就不會再出現前面所提到的警告。

FreeRTOSConfig.h

在生成的工程項目中的頭文件目錄下有一個FreeRTOSConfig.h，如果是源碼移植的話，我們應該修改這一個.h來設置我們需要的配置，但是CubeMx提供了圖形化的配置界面，也就是我們前面所介紹的內容，我們進行了前面的配置后，關鍵配置信息就會記錄到這個.h中，最后 FreeRTOS在工作時就會使用到.h 中的相關配置。

3、工程文件介紹

怎么樣是不是跟我們使用原生API創建的任務函數有點不一樣，那是肯定不一樣的。但是要明白這種方式只不過是給FreeRTOS原生的API穿上了一件華麗的外衣而已，函數內部其實還是調用的原生API，只不過沒讓你看見而已。

不管是CMSIS API還是原生API函數的創建過程基本是一樣的，只不過函數不一樣，所以也不要太過糾結使用哪一種API，后期這兩種API都會分析它們之間的不同，包括消息隊列、信號量、互斥量等等！

CMSIS API函數主要有：

Signal Events //信號
    osSignalSet : Set signal flags of a thread.
    osSignalClear : Reset signal flags of a thread.
    osSignalWait : Suspend execution until specific signal flags are set.
Mutexes //互斥鎖
    osMutexCreate : Define and initialize a mutex.
    osMutexWait : Obtain a mutex or Wait until it becomes available.
    osMutexRelease : Release a mutex.
    osMutexDelete : Delete a mutex.
Semaphores //信號量
    osSemaphoreCreate : Define and initialize a semaphore.
    osSemaphoreWait : Obtain a semaphore token or Wait until it becomes available.
    osSemaphoreRelease : Release a semaphore token.
    osSemaphoreDelete : Delete a semaphore.
Memory Pool //內存池
    osPoolCreate : Define and initialize a fix-size memory pool.
    osPoolAlloc : Allocate a memory block.
    osPoolCAlloc : Allocate a memory block and zero-set this block.
    osPoolFree : Return a memory block to the memory pool.
Message Queue //消息隊列
    osMessageCreate : Define and initialize a message queue.
    osMessagePut : Put a message into a message queue.
    osMessageGet : Get a message or suspend thread execution until message arrives.
Mail Queue //郵箱隊列
    osMailCreate : Define and initialize a mail queue with fix-size memory blocks.
    osMailAlloc : Allocate a memory block.
    osMailCAlloc : Allocate a memory block and zero-set this block.
    osMailPut : Put a memory block into a mail queue.
    osMailGet : Get a mail or suspend thread execution until mail arrives.
    osMailFree : Return a memory block to the mail queue.