《RT-Thread实时操作系统内核、驱动和应用开发技术》全套教学课件

第1章RT-Thread嵌入式系统概述与开发基础

1.1RT-Thread嵌入式系统概述全套可编辑PPT课件RT-Thread嵌入式系统概述RT-Thread，全称RealTime-Thread，诞生于2006年，是国内以开源中立、社区化发展起来的一款高可靠实时操作系统，由睿赛德科技负责开发维护和运营。因其十五年的沉淀积累，专业化的运营推广，其高可靠性、安全、高可伸缩性和中间组件丰富易用等特性极大地满足了市场需求。目前已经成为市面上装机量最大（超20亿台）、开发者数量最多（超15万）软硬件生态最好的操作系统之一，被广泛应用于航空、电力、轨道交通、车载、工业自动化、消费电子等众多行业领域。RT-Thread不仅仅是一个单一的实时性操作系统，也是一个完备的应用系统，包含嵌入式系统所需的各种组件：如TCP/IP协议栈，文件系统，C库接口，以及GUI界面等。它还具有体积小、启动快速、占用资源小、实时性高等特点，可用于家电、消费电子、医疗设备、工控等领域。1.1.1RT-Thread操作系统RT-Thread嵌入式系统概述RT-Thread系统底层主要采用C语言编写，性能优秀，目前已经适配市面上众多开发板，移植方便。针对资源受限的微处理器系统，可以使用平台工具，裁剪出仅需3KFlash，1.2KRAM存储空间的NANO版本；对于资源丰富的设备，可以使用在线的软件包配置工具，实现快速的模块化裁剪，通过导入的软件安装包实现类似语音交互、多媒体、滑动控制等复杂功能。RT-Thread文档资料丰富，官网文档中心包含系统简介、内核、设备与驱动、组件及开发工具等内容，每部分内容都包含说明和案例，并提供详细的API参考手册，以供开发者学习和参考。RT-Thread（Real-TimeThread）是一个实时嵌入式操作系统（RTOS），经过多年的发展，它已经成为一种受欢迎的嵌入式系统选择。以下是RT-Thread系统的一些关键发展阶段：1.1.1RT-Thread操作系统RT-Thread嵌入式系统概述1.1.2RT-Thread发展历程1.项目起源RT-Thread的项目始于2006年，最初是由中国开发者Bernie开发的一个小型嵌入式实时操作系统。起初，它是为了满足一些嵌入式系统项目的需求而创建的。2.开源发布RT-Thread于2007年在中国大陆首次开源发布。开源使得更多的开发者可以参与项目，共同推动系统的发展。3.内核架构改进在项目的早期阶段，RT-Thread的内核采用了比较传统的单内核设计。随着时间的推移，项目逐渐转向了微内核架构，这使得系统更加灵活和可定制。RT-Thread嵌入式系统概述4.多线程支持和实时性改进为了适应更多实时应用场景，RT-Thread增加了对多线程的支持，并优化了系统的实时性能。5.设备驱动和硬件平台支持RT-Thread引入了设备驱动框架，使得用户可以方便地添加和管理硬件设备的驱动程序。同时，项目逐步增加了对不同硬件平台的支持，包括各种处理器架构。6.软件包管理系统引入了软件包管理系统，使用户能够方便地选择和管理他们所需的软件组件，从而简化系统的配置和定制。1.1.2RT-Thread发展历程RT-Thread嵌入式系统概述RT-Thread经历了从初始的小型项目到一个功能丰富、灵活且受欢迎的嵌入式系统的演变。它的发展受到了全球嵌入式开发者社区的积极参与和推动。1.1.2RT-Thread发展历程RT-Thread嵌入式系统概述RT-Thread是一个实时嵌入式操作系统（RTOS），其原理与架构主要包括以下几个方面：1.1.3RT-Thread原理与架构1.微内核架构RT-Thread采用微内核设计，将系统内核分为核心部分和可选的模块。核心部分包括调度器、任务管理和基础服务，而其他功能如文件系统、网络协议栈等则是作为可选模块以插件形式存在。这种设计使得系统更加轻量、模块化，用户可以根据应用需求选择加载不同的功能模块。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.3RT-Thread原理与架构2.多线程支持RT-Thread支持多线程操作，允许在一个应用程序中同时运行多个任务。每个线程有自己的独立的堆栈和上下文，这有助于提高系统的并发性和灵活性。3.实时性RT-Thread注重实时性能，通过实时调度器实现对任务的高效调度。实时性能对于嵌入式系统来说至关重要，尤其是在对响应时间有严格要求的应用中，如工业控制和汽车电子系统等。4.设备驱动框架RT-Thread提供了设备驱动框架，允许用户方便地添加和管理硬件设备的驱动程序。这有助于提高系统对外部硬件的兼容性，同时使得硬件抽象更容易实现。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.3RT-Thread原理与架构5.软件包管理系统RT-Thread引入了软件包管理系统，使得用户可以方便地选择和管理他们所需的软件组件。这些软件包包括各种驱动、文件系统、网络协议栈等，有助于简化系统的配置和定制。6.中断服务机制嵌入式系统通常需要处理中断，RT-Thread提供了中断服务机制，用于处理外部事件和实时响应。这对于与外设通信、传感器输入等操作至关重要。7.支持多种处理器架构RT-Thread被设计为可以移植到多种处理器架构上，包括ARM、MIPS、PowerPC等。这使得它适用于不同类型的硬件平台。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.3RT-Thread原理与架构8.系统调度器RT-Thread的系统调度器负责任务的调度和管理，确保任务按照其优先级和时间片轮转的方式执行。这有助于实现任务的合理分配和实时性能的优化。9.内存管理RT-Thread提供了内存管理机制，包括动态内存分配和释放。这对于嵌入式系统来说很重要，因为资源是有限的。10.社区支持和开源RT-Thread是一个开源项目，拥有庞大的开发者社区。社区的支持和贡献推动了系统的不断改进和更新。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.3RT-Thread原理与架构RT-Thread以其微内核架构、实时性能和灵活性为特点，为嵌入式系统提供了一个强大的操作系统平台。其开源性质和活跃的社区生态也使得它成为嵌入式开发者首选的RTOS之一。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.4RT-Thread应用领域RT-Thread嵌入式系统在各种应用领域都有广泛的应用，以下是一些RT-Thread在嵌入式系统中常见的应用领域：1.工业自动化RT-Thread在工业控制系统中被广泛应用，用于实时控制和监控。它的实时性和多线程支持使得它适合处理工业自动化中的实时任务，如运动控制和传感器数据采集。2.医疗设备在医疗领域，RT-Thread用于控制和监测各种医疗设备，包括呼吸机、心电图仪、血压计等。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.4RT-Thread应用领域3.物联网（IoT）设备RT-Thread适用于物联网设备，如智能家居系统、智能传感器和嵌入式物联网网关。其轻量级设计使得它能够在资源受限的设备上运行。4.汽车电子系统在汽车领域，RT-Thread可以用于车载控制系统、嵌入式信息娱乐系统、驾驶辅助系统等。5.家电和消费电子RT-Thread可用于控制家用电器，如智能电视、智能空调、智能冰箱等。其多线程支持和可移植性使得它适用于各种不同的嵌入式设备。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.4RT-Thread应用领域6.网络设备RT-Thread可以用于网络设备，如路由器、交换机和网络摄像头。其支持网络协议栈和设备驱动框架使得它适用于处理网络通信任务。7.军事和航空航天在军事和航空航天领域，对实时性和可靠性的要求非常高。RT-Thread可以应用于飞行控制系统、导弹控制系统等。8.能源管理在能源领域，RT-Thread可以用于监控和控制能源设备，如太阳能控制系统、风力发电控制系统等。RT-Thread嵌入式系统概述1.1.4RT-Thread应用领域9.教育和研究RT-Thread也广泛应用于嵌入式系统的教育和研究领域。和研究人员可以使用RT-Thread来学习和研究实时嵌入式系统的开发。RT-Thread在各个领域的应用表现出了很大的灵活性，这使得它成为许多嵌入式系统项目的首选。其开源性质和丰富的社区支持也为开发者提供了更多的资源和工具。第1章RT-Thread嵌入式系统概述与开发基础

1.2RT-Thread嵌入式系统开发基础RT-Thread嵌入式系统开发基础RT-Thread与市场上已有的RTOS如FreeRTOS、uC/OS的主要区别之一是，它不仅仅是一个实时内核，还具备丰富的中间层组件，如下图所示。

RT-Thread系统架构RT-Thread系统架构具体包括以下部分：

RT-Thread系统架构内核层：RT-Thread内核，是RT-Thread的核心部分，包括了内核系统中对象的实现，例

如多线程及其调度、信号量、邮箱、消息队列、内存管理、定时器等；libcpu/BSP（芯片移植相关文件/板级支持包）与硬件密切相关，由外设驱动和CPU移植构成。组件与服务层：组件是基于RT-Thread内核之上的上层软件，例如虚拟文件系统、FinSH命令行界面、网络框架、设备框架等。采用模块化设计，做到组件内部高内聚，组件之间低耦合。RT-Thread软件包：运行于RT-Thread物联网操作系统平台上，面向不同应用领域的通用软件组件，由描述信息、源代码或库文件组成。RT-Thread提供了开放的软件包平台，这里存放了官方提供或开发者提供的软件包，该平台为开发者提供了众多可重用软件包的选择，这也是RT-Thread生态的重要组成部分。。RT-Thread嵌入式系统开发基础RT-Thread嵌入式系统开发基础1.ZI-ARMEmbed本书所依托的开发平台为嵌入式原型机ZI-ARMEmbed，集成了ARMCortex-M4STM32F407控制器，2.8寸真彩LCD液晶屏，可配置的无线通信模块（支持ZigBee/WiFi/Lora/4G等）；集成光照强度传感器、三轴传感器、空气质量传感器、大气压力传感器、人体红外传感器、震动传感器、火焰传感器、霍尔传感器、燃气传感器、RGB和LED灯、步进电机传感器、风扇传感器、锁定检测光栅传感器、电磁锁传感器、温湿度传感器、指纹模块等；板载信号指示灯：电源、电池、网络、数据，四路功能按键，四路LED灯，集成锂电池接口，集成电源管理芯片，支持电池的充电管理和电量测量；板载USB串口，Ti仿真器接口，ARM仿真器接口；集成以太网；集成四路RJ45工业接口，提供ARM芯片功能输出，硬件包含O、ADC3.3V、ADC5V、UART、RS485、两路继电器等功能，提供四路3.3V、5V、12V电源输出。

RT-Thread硬件开发平台RT-Thread嵌入式系统开发基础

RT-Thread硬件开发平台ZI-ARMEmbed嵌入式原型机系统ZI-ARMEmbed引脚对照表RT-Thread嵌入式系统开发基础

RT-Thread硬件开发平台2.STM32处理器STM32系列微控制器是一系列基于ARMCortex-M内核的嵌入式微控制器，是ST(意法半导体)公司以ARM公司的Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4和Coretex-M7四种RISC内核开发的系列产品STM32系列芯片型号与内核对应关系STM32系列的微控制器在指令集方面是向后兼容的，而相同封装的芯片，大部分引脚的功能也相同(少数电源与新增功能引脚有区别)，用户可以在不修改印制电路板的条件下，根据需要更换不同资源(FLASH、RAM)，甚至不同内核的芯片来完善自己的设计工作。RT-Thread嵌入式系统开发基础

ZI-ARMEmbed硬件平台连接1.仿真器连接将ARM仿真器与嵌入式原型机板卡的ARM调试口相连接，仿真器USB端与电脑相连接仿真器连接RT-Thread嵌入式系统开发基础

ZI-ARMEmbed硬件平台连接2.串口连接1）使用MiniUSB线将嵌入式原型机板卡与PC机相连。串口连接2）在PC机上右键点击“我的电脑”，点击“管理”进入计算机管理页面。3）点击“设备管理器”，找到端口（COM和LPT），查看串口的端口号：比如COM5（每台电脑串口端口号可能都不一样）。若没有找到端口则有两种可能，第一种是没有按照实验要求使用USB线连接硬件与PC机（重新检查连接即可），另一种为没有安装串口驱动（串口第一次使用需要安装驱动，安装时只需要根据相应提示进行下去就可以），驱动目录在DISK-Packages\53-常用驱动程序\USB串口驱动目录下安装CP210x_Drivers-win7.zip或者CH340_Drivers.zip即可（根据自己实际的硬件去选择不同的驱动）。RT-Thread嵌入式系统开发基础

MobaXterm串口工具1.串口配置1）安装MobaXterm软件，双击MobaXterm.exe文件即可启动。安装MobaXterm2）启动软件之后点击“Session”新建会话，会话类型选择“Serial”串口，在“Serialport”选择对应的串口号（Serialport:COM5，每个电脑可能不一样），串口设置（波特率-数据位-停止位-校验位-流控制）：115200-8-1-None-None。设置完成之后点击“OK”即可。串口设置RT-Thread嵌入式系统开发基础

MobaXterm串口工具2.串口使用1）嵌入式原型开发套件硬件上电启动后，会输出串口打印消息。2）在MobaXterm工具的串口终端可以看到启动消息，并进入到FinSH控制台，如图1.12所示。FinSH控制台RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具1.软件安装J-FlashARM软件，可以将hex文件烧写到ARM内核的单片机（如stm32f407）中。双击安装包文件，默认安装。（路径：DISK-Packages\02-嵌入式接口技术\JLinkARM\Setup_JLinkARM_V462.exe）。特别说明：安装J-FlashARM软件时，如果已经安装了IARforARM软件，会弹出如下提示框。J-FlashARM软件安装1此提示框提示是否需要更换掉IARforARM软件安装路径下的JLinkARM.dll文件。点击SelectAll按钮，勾选IAREmbeddedWorkbenchforARM（DLLV4.62in“…\IAR\bin”）选项点击OK按钮，按照默认，完成安装。J-FlashARM软件安装2RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具2.软件配置1）安装完成后，可以在开始菜单栏的SEGGER文件夹下找到J-FlashARM软件。2）根据实际的硬件需要进行配置：打开该程序后，进入如图1.15所示界面，点击“Options->Projectsettings”，进入设置界面。设置界面RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具2.软件配置选择“TargetInterface”选项卡，在界面的第一个下拉框列表中选择“SWD”选择“SWD”选择“CPU”选项卡，选中第一行的“Device”选项，在Device选项框中选择“STSTM32F407VE”（如果是烧写RF2无线模组，对应的Devices选择“STSTM32F103CB”），设置完毕最后点击“确定”。选择“STSTM32F407VE”RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具2.软件配置3）设置完成后，点击“Target->Connect”测试与硬件的连接是否正常。测试与硬件的连接连接成功后，在该界面下的LOG窗口下会显示“Connectedsuccessfully”。连接成功RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具3.烧写固件1）点击“File”->Opendatafile，打开要烧写入嵌入式原型机板卡的hex文件。烧写固件1RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具3.烧写固件2）然后点击“Target->Erasechip”，擦除单片机的Flash扇区。烧写固件2RT-Thread嵌入式系统开发基础

J-FlashARM烧写工具3.烧写固件3）最后点击“Target->Program&Verify”，将hex文件烧写到嵌入式原型机板卡的MCU中。烧写固件3RT-Thread嵌入式系统开发基础1.2.2开发设计与实践本项目使用J-FlashARM软件烧录镜像文件，使用嵌入式原型机板卡的LCD屏幕显示人机交互界面，K1~K4四个功能按键用于用户输入，功能按键对传感器和无线设备参数进行操作。RT-Thread嵌入式系统开发基础1.2.3开发步骤与验证（1）准备嵌入式原型机板卡ZI-ARMEmbed、ARM仿真器、MiniUSB线。（2）完成仿真器、串口（MiniUSB线）、12V电源的连接。（3）使用MobaXterm工具创建串口终端并打开，串口设置（波特率-数据位-停止位-校验位-流控制）：115200-8-1-None-None。

硬件部署

程序下载（1）运行J-FlashARM软件打开镜像hex文件。（2）点击J-FlashARM软件“Target->Program&Verify”，将hex文件烧写到板卡的STM32F407芯片中。（3）拔掉ARM仿真器，按下复位键启动程序。RT-Thread嵌入式系统开发基础1.嵌入式原型机板卡程序下载成功之后，LCD屏幕点亮，并显示传感器状态信息，可以通过K1、K2、K3、K4共四个功能按键与系统进行交互。其中【K1】进行翻页，【K2】进行选择和取消选择，【K3】/【K4】进行上下移动。页面1显示的各种采集类传感器数据，页面2显示的是各种控制类传感器状态及开关操作，页面3显示的是各种安防类传感器状态，页面4显示的是无线设备参数。页面1：各种采集类传感器数据。

验证效果各种采集类传感器数据RT-Thread嵌入式系统开发基础1.嵌入式原型机板卡页面2：各种控制类传感器状态及开关操作。

验证效果各种控制类传感器状态及开关操作页面3：各种安防类传感器状态。各种安防类传感器状态页面4：无线设备参数。无线设备参数RT-Thread嵌入式系统开发基础2.FinSH控制台1）程序启动后在MobaXterm工具的串口终端可以看到启动消息，并进入到FinSH控制台。2）在MobaXterm串口终端FinSH控制台输入“help”命令（输入之前需要把输入法切换到英文），输出系统可使用的命令，在控制台中使用这些不同的命令可得到不同的输出信息。3）可以参照实验步骤去操作嵌入式原型机板卡的功能，进一步加深对板子的认识。

验证效果RT-Thread嵌入式系统开发基础本小节首先学习了RT-Thread系统架构、J-FlashARM烧写工具，然后使用嵌入式原型机板卡的LCD屏幕显示人机交互界面，K1~K4四个功能按键用于用户输入，功能按键对传感器和无线设备参数进行操作与开发。1.2.4小结第1章RT-Thread嵌入式系统概述与开发基础

1.3RT-ThreadStudio应用开发RT-ThreadStudio应用开发嵌入式系统集成开发环境（IntegratedDevelopmentEnvironment,IDE）是一种用于嵌入式系统开发的集成工具，它提供了一套功能强大的工具和资源，以帮助开发人员创建、编译、调试和测试嵌入式系统的软件和硬件。以下是一些常见的嵌入式系统IDE：KeilµVision：Keil是一家知名的嵌入式工具提供商，其µVisionIDE广泛用于开发ARMCortex-M微控制器和其他嵌入式系统。它包括编译器、调试器、仿真器和各种插件。IAREmbeddedWorkbench：IARSystems的EmbeddedWorkbench是另一个受欢迎的IDE，用于多种不同的嵌入式平台，包括ARM、MSP430和Renesas等。RT-ThreadStudio应用开发AtmelStudio：AtmelStudio是MicrochipTechnology（之前是AtmelCorporation）为其AVR和SAM微控制器提供的IDE。它集成了编译器、调试工具和AtmelSTART用于快速启动项目的库。Eclipse：Eclipse是一个免费的、开源的IDE平台，可通过各种插件扩展以支持不同的嵌入式系统开发。它通常需要额外的插件来支持特定的硬件架构和编程语言。PlatformIO：PlatformIO是一个用于嵌入式开发的开源IDE，支持多种平台和硬件架构，包括Arduino、ESP8266、ESP32、STM32等。CodeComposerStudio：CodeComposerStudio是德州仪器（TexasInstruments）为其TivaC和CCS系列微控制器提供的集成开发环境。RT-ThreadStudio应用开发RT-ThreadStudio：是一个基于RT-Thread（Real-TimeThread）实时操作系统的集成开发环境（IDE），专门设计用于嵌入式系统和物联网设备。本节要求掌握的知识点如下：1.了解RT-ThreadStudio软件简介。2.掌握RT-ThreadStudio新建工程。3.掌握RT-ThreadStudio编译、调试及程序下载基本开发方法。RT-ThreadStudio应用开发RT-ThreadStudio是由RT-Thread团队开发的一款集成开发环境（IDE），专门用于支持和开发基于RT-Thread实时操作系统的嵌入式应用程序。它提供了一套工具，帮助开发人员更容易地创建、调试和部署嵌入式系统。以下是一些RT-ThreadStudio的关键特点和功能：1.基于EclipseRT-ThreadStudio的基础是EclipseIDE，这是一个流行的开源综合性IDE平台。这使得RT-ThreadStudio可以利用Eclipse生态系统中的丰富插件和工具。2.支持多种处理器架构RT-ThreadStudio支持多种处理器架构，包括ARM、MIPS、RISC-V等。这使得它适用于不同类型的嵌入式系统。1.3.1RT-ThreadStudio分析RT-ThreadStudio应用开发3.RT-Thread集成IDE集成了RT-Thread操作系统，提供了对RT-ThreadAPI的直观支持，简化了RT-Thread项目的创建和配置。4.图形化配置工具RT-ThreadStudio提供了图形化配置工具，允许开发人员通过界面配置RT-Thread操作系统，而无需手动编辑配置文件。5.全面的调试支持支持多种调试工具，包括GDB调试器，使开发人员能够进行全面的调试和性能分析。6.项目管理工具提供了项目管理工具，方便开发人员管理复杂的嵌入式项目，包括代码组织、构建和部署。1.3.1RT-ThreadStudio分析RT-ThreadStudio应用开发RT-ThreadStudio旨在简化嵌入式系统的开发流程，提高开发效率，特别是对于使用RT-Thread操作系统的项目，如图1.27所示。1.3.1RT-ThreadStudio分析图1.27RT-ThreadStudioRT-ThreadStudio应用开发安装部署RT-ThreadStudio开发环境，使用RT-ThreadStudio新建工程，编译和下载程序；熟悉RT-ThreadStudio开发环境的常用操作，熟悉RT-ThreadStudio程序调试。1.3.2开发设计与实践RT-ThreadStudio应用开发1）准备嵌入式原型机板卡ZI-ARMEmbed、ARM仿真器、MiniUSB线。2）完成仿真器、串口（MiniUSB线）、12V电源的连接。3）使用MobaXterm工具创建串口终端并打开，串口设置（波特率-数据位-停止位-校验位-流控制）：115200-8-1-None-None。1.3.3开发步骤与验证

硬件部署RT-ThreadStudio应用开发1）RT-ThreadStudio的软件包已经存放在随书资源包里面，也可以从官方/studio.html下载纯净版，但是开发过程中推荐使用随书资源包中的安装包，该安装包已经集成了必备的系统内核和芯片BSP包。2）将RT-ThreadStudio.zip压缩包放在任意目录下解压，不要有中文路径，使用右键以管理员的身份运行studio.exe。或者右键studio.exe选择属性，在属性页面的兼容性中勾选“以管理员的身份运行此程序”，如图1.28所示。1.3.3开发步骤与验证

安装软件RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

安装软件图1.28安装RT-ThreadStudio1RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

安装软件图1.29安装RT-ThreadStudio2软件打开后如图1.29所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

安装软件图1.30安装RT-ThreadStudio3

打开RT-ThreadStudio软件后，在工具栏找到“

”图标，名称为“SDKManager”，可以进行SDK软件包管理，如图1.30所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

安装软件图1.31安装RT-ThreadStudio44）本开发中的硬件主芯片为STM32F407，RT-Thread采用4.1.0版本。需要保障SDKManager管理器中RT-Thread_Source_Code对应的4.1.0版本内核、Chip_Support_Packages对应的STM32F4已经安装，安装后的截图如下所示，提供的软件包中这些组件是默认安装好的，如图1.31和1.32所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

安装软件图1.32安装RT-ThreadStudio5RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.33新建工程11.新建工程1）打开RT-ThreadStudio软件，在菜单栏选择“文件->新建->RT-Thread项目”创建RT-Thread项目（或者“文件->新建->项目->RT-Thread项目”），如图1.33所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.34新建工程22）根据如下的配置选项进行设置：工程名：02-Template；RT-Thread：4.1.0；厂商：STM；系列：STM32F4；子系列：STM32F407；芯片：STM32F407VE；调试器：J-Link；接口：SWD。设置完成后，点击完成即可创建02-Template工程，如图1.34所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.35新建工程33）创建好的02-Template工程完成后如图1.35所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.36工程编译12.工程编译1）点击工具栏“

”构建按钮完成项目的编译，如图1.36所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用2）在控制台窗口提示编译完成并没有报错即表示程序编译成功。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.37工程下载13.工程下载1）如果需要将程序下载到硬件板卡，可点击工具栏“

”下载按钮，即可完成程序的下载，如图1.37所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用2）在控制台窗口提示执行完毕并没有报错即表示完成程序的下载。3）程序下载完成后，按下硬件板卡的复位键即可运行新的程序，在MobaXterm串口终端可以看到程序的启动打印信息。\|/-RT-ThreadOperatingSystem/|\4.1.0buildOct13202217:33:302006-2022CopyrightbyRT-Threadteam[D/main]HelloRT-Thread!msh>[D/main]HelloRT-Thread![D/main]HelloRT-Thread!RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.38调试按钮启动调试功能4.工程调试1）如果需要进行程序调试，可点击工具栏“

”调试按钮启动调试功能，如图1.38所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.39工具栏2）进入调试功能后，工具栏中出现如图1.39所示调试使用按钮。下面是部分按钮的使用解释。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用工具栏图标图标的功能表示程序启动。表示程序暂停，暂停后点击程序启动继续运行。表示调试停止，点击后调试程序退出，退出调试模式。表示单步跳入，程序跳入，比如跳入一个函数内部。表示单步跳过，程序不会跳入具体函数内部，可理解单行调试。表示单步返回，当进入函数内部时，使用此按钮单步跳出该函数，进入外部函数。表示指令步进模式，选择此模式后，可实现汇编代码的单步调试。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.40添加断点3）断点：在调试模式下，在程序需要的位置双击序号处即可添加断点，如图1.40所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.41取消断点点击工具栏“”继续按钮全速运行程序，程序运行到断点处会停止运行。在右侧的断点管理器中可以查看到所有的断点，这里可以将不需要的断点取消掉，如图1.41所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.42跟踪变量14）变量：在右侧分栏中找到变量窗口，这个窗口中默认显示当前所在函数中的所有变量，如图1.42所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.43跟踪变量2也可以手动输入你想查阅的变量名，在表达式窗口中输入表达式即可。如下输入count变量，如图1.43所示RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.44工具栏5）外设寄存器：由于RTT软件的问题，要查看寄存器的数值时需要这里配置CSP包的版本，在新建工程时选择的版本是0.2.2，所以下面就需要修改配置路径。点击工具栏“

”调试配置按钮，如图1.44所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.45配置工程1在SVDPath栏中找到filepath，将里面的0.2.0修改为的版本0.2.2，如图1.45和1.46所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.46

配置工程2RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用图1.47查看寄存器修改完成后点击确定，这时候重新启动调试按钮即可正常显示寄存器的数值。点击相应的寄存器，会在状态栏中显示具体的寄存器值，如图1.47所示。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

工具使用6）程序调试完后，点击工具栏“

”停止图标退出调试状态。RT-ThreadStudio应用开发1.3.3开发步骤与验证

验证效果1）关闭RT-ThreadStudio软件，拔掉仿真器。按下嵌入式原型机板卡电源按键重新开机上电。2）本项目创建了一个初始工程，在MobaXterm串口终端默认每秒打印一次“HelloRT-Thread!”消息。\|/-RT-ThreadOperatingSystem/|\4.1.0buildOct13202217:33:302006-2022CopyrightbyRT-Threadteam[D/main]HelloRT-Thread!msh>[D/main]HelloRT-Thread![D/main]HelloRT-Thread!3）也可以参考实验步骤3熟悉RT-ThreadStudio软件的使用和调试，自行设置程序断点，进行单步调试，观察程序中不同窗口的具体数值，深入了解工具的使用。RT-ThreadStudio应用开发1.3.4小结本小节学习了RT-ThreadStudio基本开发工具，利用掌握RT-ThreadStudio进行新建工程、编译、调试及程序下载基本开发方法。第1章RT-Thread嵌入式系统概述与开发基础

1.4RT-Thread嵌入式系统移植技术开发RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.RT-Thread系统启动流程RT-Thread启动代码统一入口为rtthread_startup()，芯片启动文件在完成必要工作（如初始化时钟、配置中断向量表、初始化堆栈等）后，最终会在程序跳转时，跳转至RT-Thread的启动入口中。RT-Thread的启动流程如下：1）全局关中断，初始化与系统相关的硬件。2）打印系统版本信息，初始化系统内核对象（如定时器、调度器）。3）初始化用户main线程（同时会初始化线程栈），在main线程中对各类模块依次进行初始化。4）初始化软件定时器线程、初始化空闲线程。5）启动调度器，系统切换到第一个线程开始运行（如main线程），并打开全局中断。1.4.1RT-Thread系统移植原理分析RT-Thread嵌入式系统移植技术开发2.启动文件（zonesion/common/LIB/Libraries/startup_stm32f407xx.S）

启动文件（startup.s）由芯片厂商提供，位于芯片固件库中。每款芯片都有相对应的启动文件，在不同开发环境下启动文件也不相同。当系统加入RT-Thread之后，会将RT-Thread的启动放在调用main()函数之前。1.4.1RT-Thread系统移植原理分析RT-Thread启动在startup.s中主要完成初始化时钟、配置中断向量表；完成全局/静态变量的初始化工作；初始化堆栈；库函数的初始化；程序的跳转等内容。3.libcpu（rt-thread/libcpu）

RT-Thread的libcpu抽象层向下提供了一套统一的CPU架构移植接口，这部分接口包含了全局中断开关函数、线程上下文切换函数、时钟节拍的配置和中断函数、Cache等等内容，RT-Thread支持的cpu架构在源码的libcpu文件夹下。RT-Thread嵌入式系统移植技术开发4.上下文切换（rt-thread/libcpu/arm/cortex-m4/context_gcc.S）

上下文切换（context_xx.s）表示CPU从一个线程切换到另一个线程、或者线程与中断之间的切换等。在上下文切换过程中，CPU一般会停止处理当前运行的代码，并保存当前程序运行的具体位置以便之后继续运行。1.4.1RT-Thread系统移植原理分析上下文切换接口函数RT-Thread嵌入式系统移植技术开发5.线程初始化（rt-thread/libcpu/arm/cortex-m4/cpuport.c）线程栈初始化（cpuport.c）：在RT-Thread中，线程具有独立的栈，当进行线程切换时，会将当前线程的上下文存在栈中，当线程要恢复运行时，再从栈中读取上下文信息，进行恢复。rt_hw_hard_fault_exception()为故障异常处理函数，在发生硬件错误时，执行HardFault_Handler中断，会执行该函数。该文件中主要实现线程栈的初始化rt_hw_stack_init()与hardfault异常处理函数1.4.1RT-Thread系统移植原理分析线程栈初始化接口函数RT-Thread嵌入式系统移植技术开发6.中断与异常在Cortex-M内核上，所有中断都采用中断向量表的方式进行处理，即当一个中断触发时，处理器将直接判定是哪个中断源，然后直接跳转到相应的固定位置进行处理，不需要再自行实现中断管理。7.板级文件板级文件（board.c和board.h）主要是针对rt_hw_board_init()函数内容的实现，该函数在板级配置文件board.c中，函数中做了许多系统启动必要的工作，其中包含：1）配置系统时钟。2）实现OS节拍。3）初始化外设：如GPIO/UART等等。4）设置控制台的串口设备。5）初始化系统内存堆，实现动态堆内存管理。6）板级自动初始化，使用INIT_BOARD_EXPORT()自动初始化的函数会在此处被初始化。7）其他必要的初始化。1.4.1RT-Thread系统移植原理分析RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.1RT-Thread系统移植原理分析/*************************************************************************************************名称：rt_hw_board_init()*功能：板级初始化************************************************************************************************/RT_WEAKvoidrt_hw_board_init(){externvoidhw_board_init(char*clock_src,int32_tclock_src_freq,int32_tclock_target_freq);

/*Heapinitialization*/#ifdefined(RT_USING_HEAP)rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN,(void*)HEAP_END);//堆内存初始化#endif

hw_board_init(BSP_CLOCK_SOURCE,BSP_CLOCK_SOURCE_FREQ_MHZ,BSP_CLOCK_SYSTEM_FREQ_MHZ);//板级初始化

/*Settheshellconsoleoutputdevice*/#ifdefined(RT_USING_DEVICE)&&defined(RT_USING_CONSOLE)rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);//设置控制台的调用的串口设备名#endif

/*Boardunderlyinghardwareinitialization*/#ifdefRT_USING_COMPONENTS_INITrt_components_board_init();//初始化组件#endif}RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.1RT-Thread系统移植原理分析

在rt_hw_board_init函数中还会调用hw_board_init函数，该函数中进行的就是hal库的初始化、系统时钟的配置clk_init、系统滴答时钟的配置rt_hw_systick_init、pin设备和串口设备的打开等等。/*************************************************************************************************名称：hw_board_init()*功能：板级初始化************************************************************************************************/voidhw_board_init(char*clock_src,int32_tclock_src_freq,int32_tclock_target_freq){externvoidrt_hw_systick_init(void);externvoidclk_init(char*clk_source,intsource_freq,inttarget_freq);

#ifdefSCB_EnableICache/*EnableI-Cache---------------------------------------------------------*/SCB_EnableICache();#endif

#ifdefSCB_EnableDCache/*EnableD-Cache---------------------------------------------------------*/SCB_EnableDCache();#endif/*HAL_Init()functioniscalledatthebeginningoftheprogram*/HAL_Init();//hal库初始化，完成中断分组等等RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.1RT-Thread系统移植原理分析/*enableinterrupt*/__set_PRIMASK(0);/*Systemclockinitialization*/clk_init(clock_src,clock_src_freq,clock_target_freq);//系统时钟初始化/*disbaleinterrupt*/__set_PRIMASK(1);

rt_hw_systick_init();//系统滴答时钟初始化

/*Pindriverinitializationisopenbydefault*/#ifdefRT_USING_PINexternintrt_hw_pin_init(void);rt_hw_pin_init();//pin设备初始化#endif

/*USARTdriverinitializationisopenbydefault*/#ifdefRT_USING_SERIALexternintrt_hw_usart_init(void);rt_hw_usart_init();//串口设备注册#endif}RT-Thread嵌入式系统移植技术开发8.配置系统闹钟系统时钟的配置函数是在drv_clk.c文件中clk_init函数进行，是给各个硬件模块提供工作时钟的基础，一般在hw_board_init()函数中进行调用，位于drv_common.c文件中。RT-ThreadStudio软件默认生成的代码使用的是内部时钟，由于各家厂商使用的外部晶振频率不一定相同，所以这一点需要各板级厂商根据需求进行修改clk_init函数来启动外部晶振，下面是这里调用的一种方式，这里使用的外部晶振源为8MHz。1.4.1RT-Thread系统移植原理分析/*************************************************************************************************名称：clk_init(char*clk_source,intsource_freq,inttarget_freq)*功能：时钟源初始化*参数：clk_source时钟源字符描述，比如HSE，表示外部晶振源*参数：source_freq晶振源的频率*参数：target_freq晶振源的目标频率************************************************************************************************/voidclk_init(char*clk_source,intsource_freq,inttarget_freq){if(strcmp(clk_source,"HSE")==0)//外部晶振{RCC_OscInitTypeDefRCC_OscInitStruct={0};RCC_ClkInitTypeDefRCC_ClkInitStruct={0};

/**Configurethemaininternalregulatoroutputvoltage*/__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.1RT-Thread系统移植原理分析__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);/**InitializestheCPU,AHBandAPBbussesclocks*/RCC_OscInitStruct.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;RCC_OscInitStruct.HSEState=RCC_HSE_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM=8;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN=target_freq*2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP=RCC_PLLP_DIV2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ=7;if(HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!=HAL_OK){Error_Handler();}/**InitializestheCPU,AHBandAPBbussesclocks*/RCC_ClkInitStruct.ClockType=RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.1RT-Thread系统移植原理分析if(HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct,FLASH_LATENCY_5)!=HAL_OK){Error_Handler();}}else{system_clock_config(target_freq);}}RT-Thread嵌入式系统移植技术开发9.实现OS节拍OS节拍也叫时钟节拍或OStick。任何操作系统都需要提供一个时钟节拍，以供系统处理所有和时间有关的事件。时钟节拍的实现：通过硬件timer实现周期性中断，在定时器中断中调用rt_tick_increase()函数实现全局变量rt_tick自加，从而实现时钟节拍。一般地，在CortexM上直接使用内部的滴答定时器Systick实现。时钟节拍由配置为中断触发模式的硬件定时器产生，当中断到来时，将调用一次：voidrt_tick_increase(void)，通知操作系统已经过去一个系统时钟；不同硬件定时器中断实现都不同，下面的中断函数以STM32定时器作为示例。如下是STM32配置OS节拍示例，在初始化时钟节拍后，直接在SysTick_Handler()中断服务例程中调用rt_tick_increase()。rt_hw_systick_init函数由hw_board_init函数调用。该函数使用hal库完成滴答时钟的配置，并设置滴答时钟的中断优先级，可见这里的优先级设置是最高的。中断服务例程也定义在同样的文件内。1.4.1RT-Thread系统移植原理分析RT-Thread嵌入式系统移植技术开发9.实现OS节拍1.4.1RT-Thread系统移植原理分析/*SysTickconfiguration*/voidrt_hw_systick_init(void){#ifdefined(SOC_SERIES_STM32H7)HAL_SYSTICK_Config((HAL_RCCEx_GetD1SysClockFreq())/RT_TICK_PER_SECOND);#elseHAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/RT_TICK_PER_SECOND);#endifHAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,0,0);}/*中断服务例程*/voidSysTick_Handler(void){/*enterinterrupt*/rt_interrupt_enter();HAL_IncTick();rt_tick_increase();/*leaveinterrupt*/rt_interrupt_leave();}RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.2开发设计与实践针对嵌入式原型机板卡ZI-ARMEmbed的硬件，进行RT-Thread项目系统移植。RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3.1硬件部署（1）准备嵌入式原型机板卡ZI-ARMEmbed、ARM仿真器、MiniUSB线。（2）完成仿真器、串口（MiniUSB线）、12V电源的连接。（3）使用MobaXterm工具创建串口终端并打开，串口设置（波特率-数据位-停止位-校验位-流控制）：115200-8-1-None-None。1.4.3开发步骤与验证

系统移植本次实验是在02-Template示例工程进行项目改进的，由于该示例工程是由RT-ThreadStudio软件自动生成的，具有一定的参考意义，因此本次实验是在02-Template示例工程的基础上针对实际的硬件进行板级BSP包移植，形成一个整体项目的实例工程，便于后面各个实验的代码建立。也可以直接导入本项目已经创建好的工程03-init直接使用。RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3开发步骤与验证

系统移植1.创建工程1）将实验2：02-Template复制一份命名为03-init，并拷贝到RT-ThreadStudio\workspace工作区目录下。2）修改.cproject第215行的目录路径。（03-init/.cproject）

将这里workspacePath中02-Template修改为03-init。<storageModulemoduleId="refreshScope"versionNumber="2"><configurationconfigurationName="Debug"><resourceresourceType="PROJECT"workspacePath="/03-init"/></configuration></storageModule>RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3开发步骤与验证

系统移植1.创建工程3）修改.project第3行和倒数第3行的工程名。（03-init/.project）<?xmlversion="1.0"encoding="UTF-8"?><projectDescription><name>03-init</name><comment/><projects></projects><buildSpec><buildCommand><name>org.eclipse.cdt.managedbuilder.core.genmakebuilder</name><triggers>clean,full,incremental,</triggers><arguments></arguments></buildCommand><buildCommand><name>org.eclipse.cdt.managedbuilder.core.ScannerConfigBuilder</name><triggers>full,incremental,</triggers><arguments></arguments></buildCommand></buildSpec><natures><nature>ature</nature><nature>org.rt-thread.studio.rttnature</nature><nature>org.eclipse.cdt.managedbuilder.core.managedBuildNature</nature><nature>org.eclipse.cdt.managedbuilder.core.ScannerConfigNature</nature></natures><name>03-init</name><linkedResources/></projectDescription>

如上，将这里name中02-Template修改为03-init。RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3开发步骤与验证

系统移植1.创建工程4）修改.settings目录中的projcfg.ini最后一行为新工程名。=（03-init/.settings/projecfg.ini）#RT-ThreadStudioProjectConfiguration#FriSep0215:21:23CST2022project_type=rttchip_name=STM32F407VEcpu_name=Nonetarget_freq=168clock_source=hsidvendor_name=STMicroelectronicsrx_pin_name=PA10rtt_path=repo/Extract/RT-Thread_Source_Code/RT-Thread/4.1.0source_freq=0csp_path=repo/Extract/Chip_Support_Packages/RealThread/STM32F4/0.2.2sub_series_name=STM32F407selected_rtt_version=4.1.0cfg_version=v3.0tool_chain=gccuart_name=uart1tx_pin_name=PA9rtt_nano_path=output_project_path=C\:/RT-ThreadStudio/workspacehardware_adapter=J-Linkproject_name=03-init如上，将这里project_name中02-Template修改为03-init。RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3开发步骤与验证

系统移植1.创建工程5）修改.settings目录中的4个配置文件头为新工程名。（03-init/.settings）修改前工程名修改后工程名RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3开发步骤与验证

系统移植2.导入工程1）运行RT-ThreadStudio软件，在菜单栏选择“文件->导入”功能“选择RT-ThreadStudio项目到工作空间中”，点击下一步，选择根目录为RT-ThreadStudio\workspace工作区目录，将会出现目录下的所有工程，勾选03-init工程并点击完成即可导入工程1导入工程2RT-Thread嵌入式系统移植技术开发1.4.3开发步骤与验证