在 Nuvoton NUC131 上執行 FreeRTOS 8.2.3

因為一些因素在比較 RTOS, 然後就順手做了這個
玩法不難, 就是從 FreeRTOS 裡面那一堆 demo 中翻出同為 Cortex-M0 的 MCU
然後從它的編譯腳本反推關聯檔案, 改寫到我的 makefile 中即可
這次使用的版本是 8.2.3, 因為比較需要才選這, 目前最新版為 9.0.0 目前最新版為 10.0.0
我只把它裝起來, 然後簡單驗證一下確定可以多工, 如果對 RTOS 設計有興趣請另尋文章
這 OS 很多人用, 網路上文章多到爆！

FreeRTOS 的硬體依賴蠻小的, 如果不是太奇怪的改造版核心應該都可以用內建 demo 去改
它只需要 timer, 如果像 Cortex-M 系列 MCU 在 CPU 那裡就已經有 timer
那幾乎啥也不用改, 只要編譯上去就會動, 而 STM32Cube 則提供選項讓用戶可以選
看是要用 CPU 自帶的 timer, 還是 STM32 週邊提供的 timer
接著在 FreeRTOSConfig.h 裡把 FreeRTOS 的函數名稱定義給中斷向量就打完收工
這裡先提供源碼：

FreeRTOSV8.2.3.zip 官方原版, 未修改的

CORTEX_M0_NUC131.zip NUC131 demo, 複製到官方版的 FreeRTOS/Demo 目錄下即可

nuc131-freertos.zip 把 FreeRTOS 需要的部份抽出來獨立使用


官方版的複製目錄後進到該目錄下 make 即可編譯
編譯依賴和燒錄方法請參考前篇：用 MCP2515 和 NUC131 進行 CAN bus 通訊
用 Arduino 的 gcc 編譯, OpenOCD 燒錄
修改 OpenOCD 新增 flash ID, 然後用 st-link-v2 燒錄和除錯


如同別的 MCU 的 demo, 上面運行了幾個 task, 還有 timer
LED 部份由於這張板上只有三顆, 第四顆是固定恆亮的電源 LED
因此 vParTestToggleLED() 裡只做了 3 LED, 其他的就無法觀看
不過 LED 3 (即是板上標示 I/O 的那顆) 在出錯時會閃的比較快
所以還是可以看出有無異常, 正常應該是三秒變一次 (toggle, 點亮或熄滅)
我的板子上方接了藍色模組板, 那只是提供 5V 電源輸入, 做別的實驗用的

接著是 nuc131-freertos.zip 這包, 把 FreeRTOS 抽出
只留下 OS 本體和 Cortex-M0 會用到的部份, 其他都移除, 然後寫兩個測試
freertos-test 和 freertos-isr
freertos-test 是用 FreeRTOS 的 timer 去開關 LED
留下幾個可能會用到的函數和其註解, 剩下不需要的都刪除, 算是最精簡的測試
freertos-isr 則是測試按鈕反應時間, 測試硬體如下

把一個按鈕接在 LED 1 (即是板上標示 RX 的那顆), 然後設定為會發中斷的 GPIO
按鈕另一端接地, 按下後觸發中斷, 中斷內容寫在 GPAB_IRQHandler()
程式開始先創一個 binary semaphore, 在 FreeRTOS 中它就是一個貯列 (queue)
接著創三個 task, Task1 是死迴圈, 不斷浪費力氣幹沒意義的事
Task2 定時去開關 LED 2 (即是板上標示 TX 的那顆)
Task3 則是盯著 binary semaphore, 有東西出來就去開關 LED 3
優先權定為 Task3 > Task2 > Task1

當按鈕按下後, 中斷觸發, GPAB_IRQHandler() 被呼叫
確認是按鈕觸發的就呼叫 xSemaphoreGiveFromISR(), 放個東西進貯列, 例如放隻烤雞(?)
然後離開中斷, 接著工作切換, Task3 盯著貯列, 發現有隻烤雞, 大吉大利, 今晚吃雞
於是就把烤雞拿去吃了, 然後改變 LED 3 狀態, 接著繼續盯著貯列等下一隻烤雞
我們把示波器接在 LED 1 和 LED 3 上, 看看按下按鈕後多久 LED 3 會變
結果時間落在約 50~1000uS 之間, 非常亂數, 時快時慢, 但不會超過 1000uS 太多

最短：


最長：


看這延遲時間第一個就想到這是 OS tick 的間隔, 接著修改 FreeRTOSConfig.h
把這個：
#define configTICK_RATE_HZ ((TickType_t) 1000)
改成：
#define configTICK_RATE_HZ ((TickType_t) 100000)
結果變這樣：

最短：


最長：


注意示波器時間軸修改為一格 5uS
反應速度落在 30~40uS 之間, 依然非常亂數, 時快時慢
就算把 Task1 裡的死迴圈填入 vTaskDelay() 結果還是一樣, 只能等下一個 tick 才做事
而且還要優先權夠, 如果把死迴圈優先權放最高, 那麼 Task 2,3 永遠排不到, LED 完全不變
除非把死迴圈改成 vTaskDelay() 才會切換

這裡我只看現象, 並沒有花太多時間進去仔細研究, 雖然真的硬下去啃應該也不會花太多時間
核心檔案不到 10 個, 而且包含大量註解, 不過興趣不大, 目前是需要多少情報就啃多少
目前工作上主要都是用 OS 而不是做 OS, 因為要做產品賣的, 自己搞的土砲長官不放心XD
特別是像車用的, 有規範在的, 已經不是做不做的出來的問題, 而是要有認證, 還要有成功案例才行
雖然我們也知道某些設備明明一個死迴圈就可以打理一切, 裝個 OS 根本多餘
就算要 RT, 那些死迴圈的不見得反應就比較慢
FreeRTOS 已經很小, 但基礎仍然要一定量的儲存空間, 以我做的來說就是 15K
如果遇到那些變態高手把規範研究清楚了, 用死迴圈硬幹, 15K 搞不好可以做出全部功能
他的產品就可以用更便宜的 MCU, 成本更低, 把那些砸錢買商業 OS 的對手踩腳下, 對岸很多這種的XD
但死迴圈也不是完全無敵, 特別是要解複雜協議時, 那種需要等, 需要重試的協議特別麻煩
所以還是要評估整體專案的複雜程度來做決定, 沒有哪種就一定好, 這樣的議題電腦上特別多
像是 USB3 比 USB2 快, 可是若後面接的是低轉速磁盤硬碟, 加錢買 USB3 版的就是蠢逼XD
不過當市場上的蠢逼多到一定程度時又會變成不做 USB3 賣不掉的情況, 這又是另外的故事了
我能想到的折衷方案大概就是把 USB2 接頭塗成藍色, 反正傳輸速度一樣不是嗎?XD