第1章RT-Thread嵌入式系統概述與開發基礎

1.1RT-Thread嵌入式系統概述全套可編輯PPT課件RT-Thread嵌入式系統概述RT-Thread，全稱RealTime-Thread，誕生于2006年，是國內以開源中立、社區化發展起來的一款高可靠實時操作系統，由睿賽德科技負責開發維護和運營。因其十五年的沉淀積累，專業化的運營推廣，其高可靠性、安全、高可伸縮性和中間組件豐富易用等特性極大地滿足了市場需求。目前已經成為市面上裝機量最大（超20億臺）、開發者數量最多（超15萬）軟硬件生態最好的操作系統之一，被廣泛應用于航空、電力、軌道交通、車載、工業自動化、消費電子等眾多行業領域。RT-Thread不僅僅是一個單一的實時性操作系統，也是一個完備的應用系統，包含嵌入式系統所需的各種組件：如TCP/IP協議棧，文件系統，C庫接口，以及GUI界面等。它還具有體積小、啟動快速、占用資源小、實時性高等特點，可用于家電、消費電子、醫療設備、工控等領域。1.1.1RT-Thread操作系統RT-Thread嵌入式系統概述RT-Thread系統底層主要采用C語言編寫，性能優秀，目前已經適配市面上眾多開發板，移植方便。針對資源受限的微處理器系統，可以使用平臺工具，裁剪出僅需3KFlash，1.2KRAM存儲空間的NANO版本；對于資源豐富的設備，可以使用在線的軟件包配置工具，實現快速的模塊化裁剪，通過導入的軟件安裝包實現類似語音交互、多媒體、滑動控制等復雜功能。RT-Thread文檔資料豐富，官網文檔中心包含系統簡介、內核、設備與驅動、組件及開發工具等內容，每部分內容都包含說明和案例，并提供詳細的API參考手冊，以供開發者學習和參考。RT-Thread（Real-TimeThread）是一個實時嵌入式操作系統（RTOS），經過多年的發展，它已經成為一種受歡迎的嵌入式系統選擇。以下是RT-Thread系統的一些關鍵發展階段：1.1.1RT-Thread操作系統RT-Thread嵌入式系統概述1.1.2RT-Thread發展歷程1.項目起源RT-Thread的項目始于2006年，最初是由中國開發者Bernie開發的一個小型嵌入式實時操作系統。起初，它是為了滿足一些嵌入式系統項目的需求而創建的。2.開源發布RT-Thread于2007年在中國大陸首次開源發布。開源使得更多的開發者可以參與項目，共同推動系統的發展。3.內核架構改進在項目的早期階段，RT-Thread的內核采用了比較傳統的單內核設計。隨著時間的推移，項目逐漸轉向了微內核架構，這使得系統更加靈活和可定制。RT-Thread嵌入式系統概述4.多線程支持和實時性改進為了適應更多實時應用場景，RT-Thread增加了對多線程的支持，并優化了系統的實時性能。5.設備驅動和硬件平臺支持RT-Thread引入了設備驅動框架，使得用戶可以方便地添加和管理硬件設備的驅動程序。同時，項目逐步增加了對不同硬件平臺的支持，包括各種處理器架構。6.軟件包管理系統引入了軟件包管理系統，使用戶能夠方便地選擇和管理他們所需的軟件組件，從而簡化系統的配置和定制。1.1.2RT-Thread發展歷程RT-Thread嵌入式系統概述RT-Thread經歷了從初始的小型項目到一個功能豐富、靈活且受歡迎的嵌入式系統的演變。它的發展受到了全球嵌入式開發者社區的積極參與和推動。1.1.2RT-Thread發展歷程RT-Thread嵌入式系統概述RT-Thread是一個實時嵌入式操作系統（RTOS），其原理與架構主要包括以下幾個方面：1.1.3RT-Thread原理與架構1.微內核架構RT-Thread采用微內核設計，將系統內核分為核心部分和可選的模塊。核心部分包括調度器、任務管理和基礎服務，而其他功能如文件系統、網絡協議棧等則是作為可選模塊以插件形式存在。這種設計使得系統更加輕量、模塊化，用戶可以根據應用需求選擇加載不同的功能模塊。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.3RT-Thread原理與架構2.多線程支持RT-Thread支持多線程操作，允許在一個應用程序中同時運行多個任務。每個線程有自己的獨立的堆棧和上下文，這有助于提高系統的并發性和靈活性。3.實時性RT-Thread注重實時性能，通過實時調度器實現對任務的高效調度。實時性能對于嵌入式系統來說至關重要，尤其是在對響應時間有嚴格要求的應用中，如工業控制和汽車電子系統等。4.設備驅動框架RT-Thread提供了設備驅動框架，允許用戶方便地添加和管理硬件設備的驅動程序。這有助于提高系統對外部硬件的兼容性，同時使得硬件抽象更容易實現。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.3RT-Thread原理與架構5.軟件包管理系統RT-Thread引入了軟件包管理系統，使得用戶可以方便地選擇和管理他們所需的軟件組件。這些軟件包包括各種驅動、文件系統、網絡協議棧等，有助于簡化系統的配置和定制。6.中斷服務機制嵌入式系統通常需要處理中斷，RT-Thread提供了中斷服務機制，用于處理外部事件和實時響應。這對于與外設通信、傳感器輸入等操作至關重要。7.支持多種處理器架構RT-Thread被設計為可以移植到多種處理器架構上，包括ARM、MIPS、PowerPC等。這使得它適用于不同類型的硬件平臺。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.3RT-Thread原理與架構8.系統調度器RT-Thread的系統調度器負責任務的調度和管理，確保任務按照其優先級和時間片輪轉的方式執行。這有助于實現任務的合理分配和實時性能的優化。9.內存管理RT-Thread提供了內存管理機制，包括動態內存分配和釋放。這對于嵌入式系統來說很重要，因為資源是有限的。10.社區支持和開源RT-Thread是一個開源項目，擁有龐大的開發者社區。社區的支持和貢獻推動了系統的不斷改進和更新。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.3RT-Thread原理與架構RT-Thread以其微內核架構、實時性能和靈活性為特點，為嵌入式系統提供了一個強大的操作系統平臺。其開源性質和活躍的社區生態也使得它成為嵌入式開發者首選的RTOS之一。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.4RT-Thread應用領域RT-Thread嵌入式系統在各種應用領域都有廣泛的應用，以下是一些RT-Thread在嵌入式系統中常見的應用領域：1.工業自動化RT-Thread在工業控制系統中被廣泛應用，用于實時控制和監控。它的實時性和多線程支持使得它適合處理工業自動化中的實時任務，如運動控制和傳感器數據采集。2.醫療設備在醫療領域，RT-Thread用于控制和監測各種醫療設備，包括呼吸機、心電圖儀、血壓計等。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.4RT-Thread應用領域3.物聯網（IoT）設備RT-Thread適用于物聯網設備，如智能家居系統、智能傳感器和嵌入式物聯網網關。其輕量級設計使得它能夠在資源受限的設備上運行。4.汽車電子系統在汽車領域，RT-Thread可以用于車載控制系統、嵌入式信息娛樂系統、駕駛輔助系統等。5.家電和消費電子RT-Thread可用于控制家用電器，如智能電視、智能空調、智能冰箱等。其多線程支持和可移植性使得它適用于各種不同的嵌入式設備。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.4RT-Thread應用領域6.網絡設備RT-Thread可以用于網絡設備，如路由器、交換機和網絡攝像頭。其支持網絡協議棧和設備驅動框架使得它適用于處理網絡通信任務。7.軍事和航空航天在軍事和航空航天領域，對實時性和可靠性的要求非常高。RT-Thread可以應用于飛行控制系統、導彈控制系統等。8.能源管理在能源領域，RT-Thread可以用于監控和控制能源設備，如太陽能控制系統、風力發電控制系統等。RT-Thread嵌入式系統概述1.1.4RT-Thread應用領域9.教育和研究RT-Thread也廣泛應用于嵌入式系統的教育和研究領域。和研究人員可以使用RT-Thread來學習和研究實時嵌入式系統的開發。RT-Thread在各個領域的應用表現出了很大的靈活性，這使得它成為許多嵌入式系統項目的首選。其開源性質和豐富的社區支持也為開發者提供了更多的資源和工具。第1章RT-Thread嵌入式系統概述與開發基礎

1.2RT-Thread嵌入式系統開發基礎RT-Thread嵌入式系統開發基礎RT-Thread與市場上已有的RTOS如FreeRTOS、uC/OS的主要區別之一是，它不僅僅是一個實時內核，還具備豐富的中間層組件，如下圖所示。

RT-Thread系統架構RT-Thread系統架構具體包括以下部分：

RT-Thread系統架構內核層：RT-Thread內核，是RT-Thread的核心部分，包括了內核系統中對象的實現，例

如多線程及其調度、信號量、郵箱、消息隊列、內存管理、定時器等；libcpu/BSP（芯片移植相關文件/板級支持包）與硬件密切相關，由外設驅動和CPU移植構成。組件與服務層：組件是基于RT-Thread內核之上的上層軟件，例如虛擬文件系統、FinSH命令行界面、網絡框架、設備框架等。采用模塊化設計，做到組件內部高內聚，組件之間低耦合。RT-Thread軟件包：運行于RT-Thread物聯網操作系統平臺上，面向不同應用領域的通用軟件組件，由描述信息、源代碼或庫文件組成。RT-Thread提供了開放的軟件包平臺，這里存放了官方提供或開發者提供的軟件包，該平臺為開發者提供了眾多可重用軟件包的選擇，這也是RT-Thread生態的重要組成部分。。RT-Thread嵌入式系統開發基礎RT-Thread嵌入式系統開發基礎1.ZI-ARMEmbed本書所依托的開發平臺為嵌入式原型機ZI-ARMEmbed，集成了ARMCortex-M4STM32F407控制器，2.8寸真彩LCD液晶屏，可配置的無線通信模塊（支持ZigBee/WiFi/Lora/4G等）；集成光照強度傳感器、三軸傳感器、空氣質量傳感器、大氣壓力傳感器、人體紅外傳感器、震動傳感器、火焰傳感器、霍爾傳感器、燃氣傳感器、RGB和LED燈、步進電機傳感器、風扇傳感器、鎖定檢測光柵傳感器、電磁鎖傳感器、溫濕度傳感器、指紋模塊等；板載信號指示燈：電源、電池、網絡、數據，四路功能按鍵，四路LED燈，集成鋰電池接口，集成電源管理芯片，支持電池的充電管理和電量測量；板載USB串口，Ti仿真器接口，ARM仿真器接口；集成以太網；集成四路RJ45工業接口，提供ARM芯片功能輸出，硬件包含O、ADC3.3V、ADC5V、UART、RS485、兩路繼電器等功能，提供四路3.3V、5V、12V電源輸出。

RT-Thread硬件開發平臺RT-Thread嵌入式系統開發基礎

RT-Thread硬件開發平臺ZI-ARMEmbed嵌入式原型機系統ZI-ARMEmbed引腳對照表RT-Thread嵌入式系統開發基礎

RT-Thread硬件開發平臺2.STM32處理器STM32系列微控制器是一系列基于ARMCortex-M內核的嵌入式微控制器，是ST(意法半導體)公司以ARM公司的Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4和Coretex-M7四種RISC內核開發的系列產品STM32系列芯片型號與內核對應關系STM32系列的微控制器在指令集方面是向后兼容的，而相同封裝的芯片，大部分引腳的功能也相同(少數電源與新增功能引腳有區別)，用戶可以在不修改印制電路板的條件下，根據需要更換不同資源(FLASH、RAM)，甚至不同內核的芯片來完善自己的設計工作。RT-Thread嵌入式系統開發基礎

ZI-ARMEmbed硬件平臺連接1.仿真器連接將ARM仿真器與嵌入式原型機板卡的ARM調試口相連接，仿真器USB端與電腦相連接仿真器連接RT-Thread嵌入式系統開發基礎

ZI-ARMEmbed硬件平臺連接2.串口連接1）使用MiniUSB線將嵌入式原型機板卡與PC機相連。串口連接2）在PC機上右鍵點擊“我的電腦”，點擊“管理”進入計算機管理頁面。3）點擊“設備管理器”，找到端口（COM和LPT），查看串口的端口號：比如COM5（每臺電腦串口端口號可能都不一樣）。若沒有找到端口則有兩種可能，第一種是沒有按照實驗要求使用USB線連接硬件與PC機（重新檢查連接即可），另一種為沒有安裝串口驅動（串口第一次使用需要安裝驅動，安裝時只需要根據相應提示進行下去就可以），驅動目錄在DISK-Packages\53-常用驅動程序\USB串口驅動目錄下安裝CP210x_Drivers-win7.zip或者CH340_Drivers.zip即可（根據自己實際的硬件去選擇不同的驅動）。RT-Thread嵌入式系統開發基礎

MobaXterm串口工具1.串口配置1）安裝MobaXterm軟件，雙擊MobaXterm.exe文件即可啟動。安裝MobaXterm2）啟動軟件之后點擊“Session”新建會話，會話類型選擇“Serial”串口，在“Serialport”選擇對應的串口號（Serialport:COM5，每個電腦可能不一樣），串口設置（波特率-數據位-停止位-校驗位-流控制）：115200-8-1-None-None。設置完成之后點擊“OK”即可。串口設置RT-Thread嵌入式系統開發基礎

MobaXterm串口工具2.串口使用1）嵌入式原型開發套件硬件上電啟動后，會輸出串口打印消息。2）在MobaXterm工具的串口終端可以看到啟動消息，并進入到FinSH控制臺，如圖1.12所示。FinSH控制臺RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具1.軟件安裝J-FlashARM軟件，可以將hex文件燒寫到ARM內核的單片機（如stm32f407）中。雙擊安裝包文件，默認安裝。（路徑：DISK-Packages\02-嵌入式接口技術\JLinkARM\Setup_JLinkARM_V462.exe）。特別說明：安裝J-FlashARM軟件時，如果已經安裝了IARforARM軟件，會彈出如下提示框。J-FlashARM軟件安裝1此提示框提示是否需要更換掉IARforARM軟件安裝路徑下的JLinkARM.dll文件。點擊SelectAll按鈕，勾選IAREmbeddedWorkbenchforARM（DLLV4.62in“…\IAR\bin”）選項點擊OK按鈕，按照默認，完成安裝。J-FlashARM軟件安裝2RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具2.軟件配置1）安裝完成后，可以在開始菜單欄的SEGGER文件夾下找到J-FlashARM軟件。2）根據實際的硬件需要進行配置：打開該程序后，進入如圖1.15所示界面，點擊“Options->Projectsettings”，進入設置界面。設置界面RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具2.軟件配置選擇“TargetInterface”選項卡，在界面的第一個下拉框列表中選擇“SWD”選擇“SWD”選擇“CPU”選項卡，選中第一行的“Device”選項，在Device選項框中選擇“STSTM32F407VE”（如果是燒寫RF2無線模組，對應的Devices選擇“STSTM32F103CB”），設置完畢最后點擊“確定”。選擇“STSTM32F407VE”RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具2.軟件配置3）設置完成后，點擊“Target->Connect”測試與硬件的連接是否正常。測試與硬件的連接連接成功后，在該界面下的LOG窗口下會顯示“Connectedsuccessfully”。連接成功RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具3.燒寫固件1）點擊“File”->Opendatafile，打開要燒寫入嵌入式原型機板卡的hex文件。燒寫固件1RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具3.燒寫固件2）然后點擊“Target->Erasechip”，擦除單片機的Flash扇區。燒寫固件2RT-Thread嵌入式系統開發基礎

J-FlashARM燒寫工具3.燒寫固件3）最后點擊“Target->Program&Verify”，將hex文件燒寫到嵌入式原型機板卡的MCU中。燒寫固件3RT-Thread嵌入式系統開發基礎1.2.2開發設計與實踐本項目使用J-FlashARM軟件燒錄鏡像文件，使用嵌入式原型機板卡的LCD屏幕顯示人機交互界面，K1~K4四個功能按鍵用于用戶輸入，功能按鍵對傳感器和無線設備參數進行操作。RT-Thread嵌入式系統開發基礎1.2.3開發步驟與驗證（1）準備嵌入式原型機板卡ZI-ARMEmbed、ARM仿真器、MiniUSB線。（2）完成仿真器、串口（MiniUSB線）、12V電源的連接。（3）使用MobaXterm工具創建串口終端并打開，串口設置（波特率-數據位-停止位-校驗位-流控制）：115200-8-1-None-None。

硬件部署

程序下載（1）運行J-FlashARM軟件打開鏡像hex文件。（2）點擊J-FlashARM軟件“Target->Program&Verify”，將hex文件燒寫到板卡的STM32F407芯片中。（3）拔掉ARM仿真器，按下復位鍵啟動程序。RT-Thread嵌入式系統開發基礎1.嵌入式原型機板卡程序下載成功之后，LCD屏幕點亮，并顯示傳感器狀態信息，可以通過K1、K2、K3、K4共四個功能按鍵與系統進行交互。其中【K1】進行翻頁，【K2】進行選擇和取消選擇，【K3】/【K4】進行上下移動。頁面1顯示的各種采集類傳感器數據，頁面2顯示的是各種控制類傳感器狀態及開關操作，頁面3顯示的是各種安防類傳感器狀態，頁面4顯示的是無線設備參數。頁面1：各種采集類傳感器數據。

驗證效果各種采集類傳感器數據RT-Thread嵌入式系統開發基礎1.嵌入式原型機板卡頁面2：各種控制類傳感器狀態及開關操作。

驗證效果各種控制類傳感器狀態及開關操作頁面3：各種安防類傳感器狀態。各種安防類傳感器狀態頁面4：無線設備參數。無線設備參數RT-Thread嵌入式系統開發基礎2.FinSH控制臺1）程序啟動后在MobaXterm工具的串口終端可以看到啟動消息，并進入到FinSH控制臺。2）在MobaXterm串口終端FinSH控制臺輸入“help”命令（輸入之前需要把輸入法切換到英文），輸出系統可使用的命令，在控制臺中使用這些不同的命令可得到不同的輸出信息。3）可以參照實驗步驟去操作嵌入式原型機板卡的功能，進一步加深對板子的認識。

驗證效果RT-Thread嵌入式系統開發基礎本小節首先學習了RT-Thread系統架構、J-FlashARM燒寫工具，然后使用嵌入式原型機板卡的LCD屏幕顯示人機交互界面，K1~K4四個功能按鍵用于用戶輸入，功能按鍵對傳感器和無線設備參數進行操作與開發。1.2.4小結第1章RT-Thread嵌入式系統概述與開發基礎

1.3RT-ThreadStudio應用開發RT-ThreadStudio應用開發嵌入式系統集成開發環境（IntegratedDevelopmentEnvironment,IDE）是一種用于嵌入式系統開發的集成工具，它提供了一套功能強大的工具和資源，以幫助開發人員創建、編譯、調試和測試嵌入式系統的軟件和硬件。以下是一些常見的嵌入式系統IDE：KeilμVision：Keil是一家知名的嵌入式工具提供商，其μVisionIDE廣泛用于開發ARMCortex-M微控制器和其他嵌入式系統。它包括編譯器、調試器、仿真器和各種插件。IAREmbeddedWorkbench：IARSystems的EmbeddedWorkbench是另一個受歡迎的IDE，用于多種不同的嵌入式平臺，包括ARM、MSP430和Renesas等。RT-ThreadStudio應用開發AtmelStudio：AtmelStudio是MicrochipTechnology（之前是AtmelCorporation）為其AVR和SAM微控制器提供的IDE。它集成了編譯器、調試工具和AtmelSTART用于快速啟動項目的庫。Eclipse：Eclipse是一個免費的、開源的IDE平臺，可通過各種插件擴展以支持不同的嵌入式系統開發。它通常需要額外的插件來支持特定的硬件架構和編程語言。PlatformIO：PlatformIO是一個用于嵌入式開發的開源IDE，支持多種平臺和硬件架構，包括Arduino、ESP8266、ESP32、STM32等。CodeComposerStudio：CodeComposerStudio是德州儀器（TexasInstruments）為其TivaC和CCS系列微控制器提供的集成開發環境。RT-ThreadStudio應用開發RT-ThreadStudio：是一個基于RT-Thread（Real-TimeThread）實時操作系統的集成開發環境（IDE），專門設計用于嵌入式系統和物聯網設備。本節要求掌握的知識點如下：1.了解RT-ThreadStudio軟件簡介。2.掌握RT-ThreadStudio新建工程。3.掌握RT-ThreadStudio編譯、調試及程序下載基本開發方法。RT-ThreadStudio應用開發RT-ThreadStudio是由RT-Thread團隊開發的一款集成開發環境（IDE），專門用于支持和開發基于RT-Thread實時操作系統的嵌入式應用程序。它提供了一套工具，幫助開發人員更容易地創建、調試和部署嵌入式系統。以下是一些RT-ThreadStudio的關鍵特點和功能：1.基于EclipseRT-ThreadStudio的基礎是EclipseIDE，這是一個流行的開源綜合性IDE平臺。這使得RT-ThreadStudio可以利用Eclipse生態系統中的豐富插件和工具。2.支持多種處理器架構RT-ThreadStudio支持多種處理器架構，包括ARM、MIPS、RISC-V等。這使得它適用于不同類型的嵌入式系統。1.3.1RT-ThreadStudio分析RT-ThreadStudio應用開發3.RT-Thread集成IDE集成了RT-Thread操作系統，提供了對RT-ThreadAPI的直觀支持，簡化了RT-Thread項目的創建和配置。4.圖形化配置工具RT-ThreadStudio提供了圖形化配置工具，允許開發人員通過界面配置RT-Thread操作系統，而無需手動編輯配置文件。5.全面的調試支持支持多種調試工具，包括GDB調試器，使開發人員能夠進行全面的調試和性能分析。6.項目管理工具提供了項目管理工具，方便開發人員管理復雜的嵌入式項目，包括代碼組織、構建和部署。1.3.1RT-ThreadStudio分析RT-ThreadStudio應用開發RT-ThreadStudio旨在簡化嵌入式系統的開發流程，提高開發效率，特別是對于使用RT-Thread操作系統的項目，如圖1.27所示。1.3.1RT-ThreadStudio分析圖1.27RT-ThreadStudioRT-ThreadStudio應用開發安裝部署RT-ThreadStudio開發環境，使用RT-ThreadStudio新建工程，編譯和下載程序；熟悉RT-ThreadStudio開發環境的常用操作，熟悉RT-ThreadStudio程序調試。1.3.2開發設計與實踐RT-ThreadStudio應用開發1）準備嵌入式原型機板卡ZI-ARMEmbed、ARM仿真器、MiniUSB線。2）完成仿真器、串口（MiniUSB線）、12V電源的連接。3）使用MobaXterm工具創建串口終端并打開，串口設置（波特率-數據位-停止位-校驗位-流控制）：115200-8-1-None-None。1.3.3開發步驟與驗證

硬件部署RT-ThreadStudio應用開發1）RT-ThreadStudio的軟件包已經存放在隨書資源包里面，也可以從官方/studio.html下載純凈版，但是開發過程中推薦使用隨書資源包中的安裝包，該安裝包已經集成了必備的系統內核和芯片BSP包。2）將RT-ThreadStudio.zip壓縮包放在任意目錄下解壓，不要有中文路徑，使用右鍵以管理員的身份運行studio.exe。或者右鍵studio.exe選擇屬性，在屬性頁面的兼容性中勾選“以管理員的身份運行此程序”，如圖1.28所示。1.3.3開發步驟與驗證

安裝軟件RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

安裝軟件圖1.28安裝RT-ThreadStudio1RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

安裝軟件圖1.29安裝RT-ThreadStudio2軟件打開后如圖1.29所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

安裝軟件圖1.30安裝RT-ThreadStudio3

打開RT-ThreadStudio軟件后，在工具欄找到“

”圖標，名稱為“SDKManager”，可以進行SDK軟件包管理，如圖1.30所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

安裝軟件圖1.31安裝RT-ThreadStudio44）本開發中的硬件主芯片為STM32F407，RT-Thread采用4.1.0版本。需要保障SDKManager管理器中RT-Thread_Source_Code對應的4.1.0版本內核、Chip_Support_Packages對應的STM32F4已經安裝，安裝后的截圖如下所示，提供的軟件包中這些組件是默認安裝好的，如圖1.31和1.32所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

安裝軟件圖1.32安裝RT-ThreadStudio5RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.33新建工程11.新建工程1）打開RT-ThreadStudio軟件，在菜單欄選擇“文件->新建->RT-Thread項目”創建RT-Thread項目（或者“文件->新建->項目->RT-Thread項目”），如圖1.33所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.34新建工程22）根據如下的配置選項進行設置：工程名：02-Template；RT-Thread：4.1.0；廠商：STM；系列：STM32F4；子系列：STM32F407；芯片：STM32F407VE；調試器：J-Link；接口：SWD。設置完成后，點擊完成即可創建02-Template工程，如圖1.34所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.35新建工程33）創建好的02-Template工程完成后如圖1.35所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.36工程編譯12.工程編譯1）點擊工具欄“

”構建按鈕完成項目的編譯，如圖1.36所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用2）在控制臺窗口提示編譯完成并沒有報錯即表示程序編譯成功。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.37工程下載13.工程下載1）如果需要將程序下載到硬件板卡，可點擊工具欄“

”下載按鈕，即可完成程序的下載，如圖1.37所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用2）在控制臺窗口提示執行完畢并沒有報錯即表示完成程序的下載。3）程序下載完成后，按下硬件板卡的復位鍵即可運行新的程序，在MobaXterm串口終端可以看到程序的啟動打印信息。\|/-RT-ThreadOperatingSystem/|\4.1.0buildOct13202217:33:302006-2022CopyrightbyRT-Threadteam[D/main]HelloRT-Thread!msh>[D/main]HelloRT-Thread![D/main]HelloRT-Thread!RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.38調試按鈕啟動調試功能4.工程調試1）如果需要進行程序調試，可點擊工具欄“

”調試按鈕啟動調試功能，如圖1.38所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.39工具欄2）進入調試功能后，工具欄中出現如圖1.39所示調試使用按鈕。下面是部分按鈕的使用解釋。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用工具欄圖標圖標的功能表示程序啟動。表示程序暫停，暫停后點擊程序啟動繼續運行。表示調試停止，點擊后調試程序退出，退出調試模式。表示單步跳入，程序跳入，比如跳入一個函數內部。表示單步跳過，程序不會跳入具體函數內部，可理解單行調試。表示單步返回，當進入函數內部時，使用此按鈕單步跳出該函數，進入外部函數。表示指令步進模式，選擇此模式后，可實現匯編代碼的單步調試。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.40添加斷點3）斷點：在調試模式下，在程序需要的位置雙擊序號處即可添加斷點，如圖1.40所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.41取消斷點點擊工具欄“”繼續按鈕全速運行程序，程序運行到斷點處會停止運行。在右側的斷點管理器中可以查看到所有的斷點，這里可以將不需要的斷點取消掉，如圖1.41所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.42跟蹤變量14）變量：在右側分欄中找到變量窗口，這個窗口中默認顯示當前所在函數中的所有變量，如圖1.42所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.43跟蹤變量2也可以手動輸入你想查閱的變量名，在表達式窗口中輸入表達式即可。如下輸入count變量，如圖1.43所示RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.44工具欄5）外設寄存器：由于RTT軟件的問題，要查看寄存器的數值時需要這里配置CSP包的版本，在新建工程時選擇的版本是0.2.2，所以下面就需要修改配置路徑。點擊工具欄“

”調試配置按鈕，如圖1.44所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.45配置工程1在SVDPath欄中找到filepath，將里面的0.2.0修改為的版本0.2.2，如圖1.45和1.46所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.46

配置工程2RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用圖1.47查看寄存器修改完成后點擊確定，這時候重新啟動調試按鈕即可正常顯示寄存器的數值。點擊相應的寄存器，會在狀態欄中顯示具體的寄存器值，如圖1.47所示。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

工具使用6）程序調試完后，點擊工具欄“

”停止圖標退出調試狀態。RT-ThreadStudio應用開發1.3.3開發步驟與驗證

驗證效果1）關閉RT-ThreadStudio軟件，拔掉仿真器。按下嵌入式原型機板卡電源按鍵重新開機上電。2）本項目創建了一個初始工程，在MobaXterm串口終端默認每秒打印一次“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）也可以參考實驗步驟3熟悉RT-ThreadStudio軟件的使用和調試，自行設置程序斷點，進行單步調試，觀察程序中不同窗口的具體數值，深入了解工具的使用。RT-ThreadStudio應用開發1.3.4小結本小節學習了RT-ThreadStudio基本開發工具，利用掌握RT-ThreadStudio進行新建工程、編譯、調試及程序下載基本開發方法。第1章RT-Thread嵌入式系統概述與開發基礎

1.4RT-Thread嵌入式系統移植技術開發RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.RT-Thread系統啟動流程RT-Thread啟動代碼統一入口為rtthread_startup()，芯片啟動文件在完成必要工作（如初始化時鐘、配置中斷向量表、初始化堆棧等）后，最終會在程序跳轉時，跳轉至RT-Thread的啟動入口中。RT-Thread的啟動流程如下：1）全局關中斷，初始化與系統相關的硬件。2）打印系統版本信息，初始化系統內核對象（如定時器、調度器）。3）初始化用戶main線程（同時會初始化線程棧），在main線程中對各類模塊依次進行初始化。4）初始化軟件定時器線程、初始化空閑線程。5）啟動調度器，系統切換到第一個線程開始運行（如main線程），并打開全局中斷。1.4.1RT-Thread系統移植原理分析RT-Thread嵌入式系統移植技術開發2.啟動文件（zonesion/common/LIB/Libraries/startup_stm32f407xx.S）

啟動文件（startup.s）由芯片廠商提供，位于芯片固件庫中。每款芯片都有相對應的啟動文件，在不同開發環境下啟動文件也不相同。當系統加入RT-Thread之后，會將RT-Thread的啟動放在調用main()函數之前。1.4.1RT-Thread系統移植原理分析RT-Thread啟動在startup.s中主要完成初始化時鐘、配置中斷向量表；完成全局/靜態變量的初始化工作；初始化堆棧；庫函數的初始化；程序的跳轉等內容。3.libcpu（rt-thread/libcpu）

RT-Thread的libcpu抽象層向下提供了一套統一的CPU架構移植接口，這部分接口包含了全局中斷開關函數、線程上下文切換函數、時鐘節拍的配置和中斷函數、Cache等等內容，RT-Thread支持的cpu架構在源碼的libcpu文件夾下。RT-Thread嵌入式系統移植技術開發4.上下文切換（rt-thread/libcpu/arm/cortex-m4/context_gcc.S）

上下文切換（context_xx.s）表示CPU從一個線程切換到另一個線程、或者線程與中斷之間的切換等。在上下文切換過程中，CPU一般會停止處理當前運行的代碼，并保存當前程序運行的具體位置以便之后繼續運行。1.4.1RT-Thread系統移植原理分析上下文切換接口函數RT-Thread嵌入式系統移植技術開發5.線程初始化（rt-thread/libcpu/arm/cortex-m4/cpuport.c）線程棧初始化（cpuport.c）：在RT-Thread中，線程具有獨立的棧，當進行線程切換時，會將當前線程的上下文存在棧中，當線程要恢復運行時，再從棧中讀取上下文信息，進行恢復。rt_hw_hard_fault_exception()為故障異常處理函數，在發生硬件錯誤時，執行HardFault_Handler中斷，會執行該函數。該文件中主要實現線程棧的初始化rt_hw_stack_init()與hardfault異常處理函數1.4.1RT-Thread系統移植原理分析線程棧初始化接口函數RT-Thread嵌入式系統移植技術開發6.中斷與異常在Cortex-M內核上，所有中斷都采用中斷向量表的方式進行處理，即當一個中斷觸發時，處理器將直接判定是哪個中斷源，然后直接跳轉到相應的固定位置進行處理，不需要再自行實現中斷管理。7.板級文件板級文件（board.c和board.h）主要是針對rt_hw_board_init()函數內容的實現，該函數在板級配置文件board.c中，函數中做了許多系統啟動必要的工作，其中包含：1）配置系統時鐘。2）實現OS節拍。3）初始化外設：如GPIO/UART等等。4）設置控制臺的串口設備。5）初始化系統內存堆，實現動態堆內存管理。6）板級自動初始化，使用INIT_BOARD_EXPORT()自動初始化的函數會在此處被初始化。7）其他必要的初始化。1.4.1RT-Thread系統移植原理分析RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.1RT-Thread系統移植原理分析/*************************************************************************************************名稱：rt_hw_board_init()*功能：板級初始化************************************************************************************************/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);//堆內存初始化#endif

hw_board_init(BSP_CLOCK_SOURCE,BSP_CLOCK_SOURCE_FREQ_MHZ,BSP_CLOCK_SYSTEM_FREQ_MHZ);//板級初始化

/*Settheshellconsoleoutputdevice*/#ifdefined(RT_USING_DEVICE)&&defined(RT_USING_CONSOLE)rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);//設置控制臺的調用的串口設備名#endif

/*Boardunderlyinghardwareinitialization*/#ifdefRT_USING_COMPONENTS_INITrt_components_board_init();//初始化組件#endif}RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.1RT-Thread系統移植原理分析

在rt_hw_board_init函數中還會調用hw_board_init函數，該函數中進行的就是hal庫的初始化、系統時鐘的配置clk_init、系統滴答時鐘的配置rt_hw_systick_init、pin設備和串口設備的打開等等。/*************************************************************************************************名稱：hw_board_init()*功能：板級初始化************************************************************************************************/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庫初始化，完成中斷分組等等RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.1RT-Thread系統移植原理分析/*enableinterrupt*/__set_PRIMASK(0);/*Systemclockinitialization*/clk_init(clock_src,clock_src_freq,clock_target_freq);//系統時鐘初始化/*disbaleinterrupt*/__set_PRIMASK(1);

rt_hw_systick_init();//系統滴答時鐘初始化

/*Pindriverinitializationisopenbydefault*/#ifdefRT_USING_PINexternintrt_hw_pin_init(void);rt_hw_pin_init();//pin設備初始化#endif

/*USARTdriverinitializationisopenbydefault*/#ifdefRT_USING_SERIALexternintrt_hw_usart_init(void);rt_hw_usart_init();//串口設備注冊#endif}RT-Thread嵌入式系統移植技術開發8.配置系統鬧鐘系統時鐘的配置函數是在drv_clk.c文件中clk_init函數進行，是給各個硬件模塊提供工作時鐘的基礎，一般在hw_board_init()函數中進行調用，位于drv_common.c文件中。RT-ThreadStudio軟件默認生成的代碼使用的是內部時鐘，由于各家廠商使用的外部晶振頻率不一定相同，所以這一點需要各板級廠商根據需求進行修改clk_init函數來啟動外部晶振，下面是這里調用的一種方式，這里使用的外部晶振源為8MHz。1.4.1RT-Thread系統移植原理分析/*************************************************************************************************名稱：clk_init(char*clk_source,intsource_freq,inttarget_freq)*功能：時鐘源初始化*參數：clk_source時鐘源字符描述，比如HSE，表示外部晶振源*參數：source_freq晶振源的頻率*參數：target_freq晶振源的目標頻率************************************************************************************************/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嵌入式系統移植技術開發1.4.1RT-Thread系統移植原理分析__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嵌入式系統移植技術開發1.4.1RT-Thread系統移植原理分析if(HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct,FLASH_LATENCY_5)!=HAL_OK){Error_Handler();}}else{system_clock_config(target_freq);}}RT-Thread嵌入式系統移植技術開發9.實現OS節拍OS節拍也叫時鐘節拍或OStick。任何操作系統都需要提供一個時鐘節拍，以供系統處理所有和時間有關的事件。時鐘節拍的實現：通過硬件timer實現周期性中斷，在定時器中斷中調用rt_tick_increase()函數實現全局變量rt_tick自加，從而實現時鐘節拍。一般地，在CortexM上直接使用內部的滴答定時器Systick實現。時鐘節拍由配置為中斷觸發模式的硬件定時器產生，當中斷到來時，將調用一次：voidrt_tick_increase(void)，通知操作系統已經過去一個系統時鐘；不同硬件定時器中斷實現都不同，下面的中斷函數以STM32定時器作為示例。如下是STM32配置OS節拍示例，在初始化時鐘節拍后，直接在SysTick_Handler()中斷服務例程中調用rt_tick_increase()。rt_hw_systick_init函數由hw_board_init函數調用。該函數使用hal庫完成滴答時鐘的配置，并設置滴答時鐘的中斷優先級，可見這里的優先級設置是最高的。中斷服務例程也定義在同樣的文件內。1.4.1RT-Thread系統移植原理分析RT-Thread嵌入式系統移植技術開發9.實現OS節拍1.4.1RT-Thread系統移植原理分析/*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);}/*中斷服務例程*/voidSysTick_Handler(void){/*enterinterrupt*/rt_interrupt_enter();HAL_IncTick();rt_tick_increase();/*leaveinterrupt*/rt_interrupt_leave();}RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.2開發設計與實踐針對嵌入式原型機板卡ZI-ARMEmbed的硬件，進行RT-Thread項目系統移植。RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3.1硬件部署（1）準備嵌入式原型機板卡ZI-ARMEmbed、ARM仿真器、MiniUSB線。（2）完成仿真器、串口（MiniUSB線）、12V電源的連接。（3）使用MobaXterm工具創建串口終端并打開，串口設置（波特率-數據位-停止位-校驗位-流控制）：115200-8-1-None-None。1.4.3開發步驟與驗證

系統移植本次實驗是在02-Template示例工程進行項目改進的，由于該示例工程是由RT-ThreadStudio軟件自動生成的，具有一定的參考意義，因此本次實驗是在02-Template示例工程的基礎上針對實際的硬件進行板級BSP包移植，形成一個整體項目的實例工程，便于后面各個實驗的代碼建立。也可以直接導入本項目已經創建好的工程03-init直接使用。RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3開發步驟與驗證

系統移植1.創建工程1）將實驗2：02-Template復制一份命名為03-init，并拷貝到RT-ThreadStudio\workspace工作區目錄下。2）修改.cproject第215行的目錄路徑。（03-init/.cproject）

將這里workspacePath中02-Template修改為03-init。<storageModulemoduleId="refreshScope"versionNumber="2"><configurationconfigurationName="Debug"><resourceresourceType="PROJECT"workspacePath="/03-init"/></configuration></storageModule>RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3開發步驟與驗證

系統移植1.創建工程3）修改.project第3行和倒數第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，將這里name中02-Template修改為03-init。RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3開發步驟與驗證

系統移植1.創建工程4）修改.settings目錄中的projcfg.ini最后一行為新工程名。=（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，將這里project_name中02-Template修改為03-init。RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3開發步驟與驗證

系統移植1.創建工程5）修改.settings目錄中的4個配置文件頭為新工程名。（03-init/.settings）修改前工程名修改后工程名RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3開發步驟與驗證

系統移植2.導入工程1）運行RT-ThreadStudio軟件，在菜單欄選擇“文件->導入”功能“選擇RT-ThreadStudio項目到工作空間中”，點擊下一步，選擇根目錄為RT-ThreadStudio\workspace工作區目錄，將會出現目錄下的所有工程，勾選03-init工程并點擊完成即可導入工程1導入工程2RT-Thread嵌入式系統移植技術開發1.4.3開發步驟與驗證