簡 介

Azure RTOS ThreadX 是 Microsoft 提供的高級(jí)工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)。它是專門為深度嵌入式實(shí)時(shí) IoT 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的。Azure RTOS ThreadX 提供高級(jí)計(jì)劃、通信、同步、計(jì)時(shí)器、內(nèi)存管理和中斷管理功能。此外，Azure RTOS ThreadX 具有許多高級(jí)功能，包括 picokernel 體系結(jié)構(gòu)、preemption-threshold 計(jì)劃、event-chaining、執(zhí)行分析、性能指標(biāo)和系統(tǒng)事件跟蹤。Azure RTOS ThreadX 非常易于使用，適用于要求極其苛刻的嵌入式應(yīng)用程序。Azure RTOS ThreadX 在各種產(chǎn)品（包括消費(fèi)者設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備和工業(yè)控制設(shè)備）上的部署次數(shù)已達(dá)數(shù)十億次。

在前文描述移植基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上，該應(yīng)用手冊(cè)描述了MM32F3270系列MCU結(jié)合Azure RTOS ThreadX定時(shí)器組的使用，引導(dǎo)用戶理解Azure RTOS ThreadX應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器功能。

表 1 適用系列型號(hào)

1移植應(yīng)用的準(zhǔn)備

1.1 硬件開發(fā)板的準(zhǔn)備

該移植過程中應(yīng)用的開發(fā)板為MM32的EVB-F3270，板載MM32F3273G9P。

EVB-F3270 (MM32F3273G9P) 的簡要參數(shù)：

Arm Cortex-M3 內(nèi)核

板載 MM32F3273G9P（LQFP144）

USB Host / Device、SPI、I2C

4 x Key、4 x LED

I2S Speaker

TF-Card

Ethernet PHY

1.2 軟件的準(zhǔn)備

庫函數(shù)和例程（Lib Samples）

該移植過程中應(yīng)用的 Firmware 分別為 MM32F3270 庫函數(shù)和例程。

? ??

Azure RTOS ThreadX（源碼）

ThreadX 的源代碼已經(jīng)開放，我們可以從 ThreadX 公共源代碼存儲(chǔ)庫獲取 Azure RTOS ThreadX，網(wǎng)址為：

https://github.com/azure-rtos/threadx/

Azure RTOS 何時(shí)需要許可證？

Microsoft 將 Azure RTOS 源代碼發(fā)布到 GitHub。安裝和使用該軟件進(jìn)行內(nèi)部開發(fā)、測(cè)試和評(píng)估無需許可證。分發(fā)或銷售組件和設(shè)備需要許可證，除非使用 Azure RTOS 許可的硬件。

ThreadX 安裝

可以通過將 GitHub 存儲(chǔ)庫克隆到本地計(jì)算機(jī)來安裝 ThreadX。下面是用于在 PC 上創(chuàng)建 ThreadX 存儲(chǔ)庫的克隆的典型語法。

shell復(fù)制

git clone https://github.com/azure-rtos/threadx

或者，也可以使用 GitHub 主頁上的“下載”按鈕來下載存儲(chǔ)庫的副本。

下載后的倉庫代碼目錄列表如下：

? ?

Azure RTOS ThreadX（源碼）支持的開發(fā)環(huán)境

ThreadX 內(nèi)核提供好了各種主流硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)的移植文件，以Cortex_M3為例，可以支持以下六種開發(fā)環(huán)境：

本次移植過程使用Azure RTOS原有的sample_threadx.c文件為例，稍作修改，演示定時(shí)器組功能。

2ThreadX定時(shí)器組的應(yīng)用

該章節(jié)介紹動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理相關(guān)知識(shí)，演示程序可在MM32F3273G9P的EVB-F3270上運(yùn)行。此示例在文件 main_timer_demo.c 中實(shí)現(xiàn)，旨在說明如何在嵌入式多線程環(huán)境中使用定時(shí)器組功能。

2.1 定時(shí)器組

2.1.1 應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器

快速響應(yīng)異步外部事件是嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用程序中最重要的功能。但是，其中的許多應(yīng)用程序還必須按預(yù)定的時(shí)間間隔執(zhí)行某些活動(dòng)。

借助 ThreadX 應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器，應(yīng)用程序能夠按特定的時(shí)間間隔執(zhí)行應(yīng)用程序 C 函數(shù)。應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器也可能只過期一次。這種類型的計(jì)時(shí)器稱為“單次計(jì)時(shí)器”，而重復(fù)間隔計(jì)時(shí)器稱為“定期計(jì)時(shí)器”。

每個(gè)應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器都是一個(gè)公用資源。ThreadX 對(duì)如何使用應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器沒有任何限制。

2.1.2 計(jì)時(shí)器間隔

在 ThreadX 中，時(shí)間間隔通過定期計(jì)時(shí)器中斷來測(cè)量。每個(gè)計(jì)時(shí)器中斷稱為計(jì)時(shí)器時(shí)鐘周期。計(jì)時(shí)器時(shí)鐘周期之間的實(shí)際時(shí)間由應(yīng)用程序指定，但 10 毫秒是大多數(shù)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。定期計(jì)時(shí)器設(shè)置通常位于 tx_initialize_low_level 程序集文件中。

值得一提的是，基礎(chǔ)硬件必須能夠生成定期中斷，應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器才會(huì)正常運(yùn)行。在某些情況下，處理器具有內(nèi)置的定期中斷功能。如果處理器沒有此功能，用戶的主板必須包含可生成定期中斷的外圍設(shè)備。

即使沒有定期中斷源，ThreadX 仍可正常工作。但隨后會(huì)禁用所有與計(jì)時(shí)器相關(guān)的處理。這包括時(shí)間切片、掛起超時(shí)和計(jì)時(shí)器服務(wù)。

2.1.3 計(jì)時(shí)器準(zhǔn)確性

計(jì)時(shí)器過期時(shí)間根據(jù)時(shí)鐘周期指定。達(dá)到每個(gè)計(jì)時(shí)器時(shí)鐘周期時(shí)，指定到期值將減一。由于應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器可在計(jì)時(shí)器中斷（或計(jì)時(shí)器時(shí)鐘周期）之前啟用，因此，實(shí)際過期時(shí)間可能會(huì)提前一個(gè)時(shí)鐘周期。

如果計(jì)時(shí)器時(shí)鐘周期速率為 10 毫秒，應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器可能會(huì)提前 10 毫秒過期。與 1 秒計(jì)時(shí)器相比，這對(duì) 10 毫秒計(jì)時(shí)器更重要。當(dāng)然，增加計(jì)時(shí)器中斷頻率會(huì)減少此誤差范圍。

2.1.4 計(jì)時(shí)器執(zhí)行

應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器按照其激活的順序執(zhí)行。例如，如果創(chuàng)建了三個(gè)具有相同過期值的計(jì)時(shí)器并已激活，這些計(jì)時(shí)器對(duì)應(yīng)的過期函數(shù)將保證按它們激活的順序執(zhí)行。

2.1.5 創(chuàng)建應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器

應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器由應(yīng)用程序線程在初始化期間或運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建。應(yīng)用程序中應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器的數(shù)量沒有限制。

2.1.6 運(yùn)行時(shí)應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器性能信息

ThreadX 提供可選的運(yùn)行時(shí)應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器性能信息。如果 ThreadX 庫和應(yīng)用程序是在定義 TX_TIMER_ENABLE_PERFORMANCE_INFO 的情況下生成的，ThreadX 會(huì)累積以下信息。

整個(gè)系統(tǒng)的總數(shù)：

激活數(shù)

停用數(shù)

重新激活（定期計(jì)時(shí)器）

expirations

過期調(diào)整數(shù)

每個(gè)應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器的總數(shù)：

激活數(shù)

停用數(shù)

重新激活（定期計(jì)時(shí)器）

expirations

過期調(diào)整數(shù)

此信息在運(yùn)行時(shí)通過 tx_timer_performance_info_get 和 tx_timer_performance_system_info_get 服務(wù)提供。應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器性能信息在確定應(yīng)用程序是否正常運(yùn)行時(shí)非常有用。此信息對(duì)于優(yōu)化應(yīng)用程序也很有用。

2.1.7 應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器控制塊 TX_TIMER

每個(gè)應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器的特征都可在其控制塊中找到。該控制塊包含諸如 32 位過期標(biāo)識(shí)值等有用信息。此結(jié)構(gòu)在 tx_api.h 文件中定義。

應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器控制塊可以位于內(nèi)存中的任意位置，但最常見的是通過在任何函數(shù)的作用域外部定義該控件塊來使其成為全局結(jié)構(gòu)。

2.1.8 計(jì)時(shí)器過多

默認(rèn)情況下，應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器在優(yōu)先級(jí)為 0 時(shí)運(yùn)行的隱藏系統(tǒng)線程中執(zhí)行，該線程的優(yōu)先級(jí)通常比任何應(yīng)用程序線程都高。因此，在應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器內(nèi)進(jìn)行處理應(yīng)保持最小值。

如果可能，還應(yīng)盡可能避免使用在每個(gè)時(shí)鐘周期過期的計(jì)時(shí)器。這種情況可能導(dǎo)致應(yīng)用程序的開銷過大。

如前所述，應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器在隱藏的系統(tǒng)線程中執(zhí)行。因此，請(qǐng)不要在應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器的過期函數(shù)內(nèi)執(zhí)行任何 ThreadX 服務(wù)調(diào)用時(shí)選擇掛起。

2.1.9 相對(duì)時(shí)間

除了前面所述的應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器，ThreadX 還提供單個(gè)連續(xù)遞增的 32 位時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)器。每次發(fā)生計(jì)時(shí)器中斷時(shí)，時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)器或時(shí)間就會(huì)加一。

應(yīng)用程序可以通過分別調(diào)用 tx_time_get 和 tx_time_set 來讀取或設(shè)置此 32 位計(jì)數(shù)器。此時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)器的使用完全由應(yīng)用程序確定。ThreadX 不在內(nèi)部使用此計(jì)時(shí)器。

2.2 Azure ThreadX 定時(shí)器組的相關(guān)函數(shù)

tx_timer_create 創(chuàng)建應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器

UINTtx_timer_create(
TX_TIMER*timer_ptr,
CHAR*name_ptr,
VOID(*expiration_function)(ULONG),
ULONGexpiration_input,
ULONGinitial_ticks,
ULONGreschedule_ticks,
UINTauto_activate);

說明

此服務(wù)創(chuàng)建具有指定過期函數(shù)和定期的應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器。

參數(shù)

timer_ptr：

指向計(jì)時(shí)器控制塊的指針。

name_ptr：

指向計(jì)時(shí)器名稱的指針。

expiration_function：

在計(jì)時(shí)器過期時(shí)要調(diào)用的應(yīng)用程序函數(shù)。

expiration_input：

在計(jì)時(shí)器過期時(shí)要傳遞到過期函數(shù)的輸入。

initial_ticks：

指定計(jì)時(shí)器過期的初始時(shí)鐘周期數(shù)。合法值的范圍為 1 至 0xFFFFFFFF。

reschedule_ticks：

指定第一個(gè)計(jì)時(shí)器過期后所有計(jì)時(shí)器過期的時(shí)鐘周期數(shù)。如果此參數(shù)為 0，則計(jì)時(shí)器是一次性的。否則，對(duì)于周期性計(jì)時(shí)器，合法值的范圍為 1 至 0xFFFFFFFF。

備注

一次性計(jì)時(shí)器過期后，必須通過 tx_timer_change 將其重置，然后才能再次激活。

auto_activate：

確定創(chuàng)建期間是否自動(dòng)激活計(jì)時(shí)器。如果此值為 TX_AUTO_ACTIVATE (0x01)，則激活計(jì)時(shí)器。否則，如果選擇了值 TX_NO_ACTIVATE (0x00)，則所創(chuàng)建的計(jì)時(shí)器處于非活動(dòng)狀態(tài)。在這種情況下，隨后需要調(diào)用 tx_timer_activate 服務(wù)來實(shí)際啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。

返回值

TX_SUCCESS：

(0X00) 成功創(chuàng)建應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器。

TX_TIMER_ERROR：

(0X15) 應(yīng)用程序計(jì)時(shí)器指針無效。指針為 NULL 或已創(chuàng)建計(jì)時(shí)器。

TX_TICK_ERROR：

(0x16) 為初始時(shí)鐘周期提供的值無效（零）。

TX_ACTIVATE_ERROR：

(0x17) 選擇的激活無效。

NX_CALLER_ERROR：

(0x13) 此服務(wù)的調(diào)用方無效。

示例

TX_TIMERmy_timer;
UINTstatus;

/*Createanapplicationtimerthatexecutes
"my_timer_function"after100ticksinitiallyandthen
afterevery25ticks.Thistimerisspecifiedtostart
immediately!*/
status=tx_timer_create(&my_timer,"my_timer_name",
my_timer_function,0x1234,100,25,
TX_AUTO_ACTIVATE);

/*IfstatusequalsTX_SUCCESS,my_timer_functionwill
becalled100timertickslaterandthencalledevery
25timerticks.Notethatthevalue0x1234ispassedto
my_timer_functioneverytimeitiscalled.*/

另請(qǐng)參閱

tx_timer_activate

tx_timer_change

tx_timer_deactivate

tx_timer_delete

tx_timer_info_get

tx_timer_performance_info_get

tx_timer_performance_system_info_get

2.3 定時(shí)器組的應(yīng)用演示

2.3.1 工程目錄的建立

打開目標(biāo)工程文件夾“MM32F3270Project”：

移除原有樣例.c 文件sample_threadx.c：

參考sample_threadx.c建立main_timer_demo.c文件，并添加hardware目錄中的led.c、key.c到工程項(xiàng)目中。

3ThreadX的定時(shí)器組應(yīng)用

3.1 代碼實(shí)現(xiàn)

下載調(diào)試默認(rèn)會(huì)運(yùn)行到main()函數(shù)，如下為全部實(shí)現(xiàn)的代碼。

Demo演示代碼

/*Thisisasmalldemoofthehigh-performanceThreadXkernel.Itincludesexamplesofsix
threadsofdifferentpriorities,usingamessagequeue,semaphore,andaneventflagsgroup.*/

#include"tx_api.h"
#include"delay.h"
#include"led.h"
#include"key.h"
#include"uart.h"

#defineDEMO_STACK_SIZE1024

#defineTHREAD0_PRIORITY1
#defineTHREAD0_PREEMPTION_THRESHOLD1


/*DefinetheThreadXobjectcontrolblocks...*/
TX_THREADthread_0;

TX_TIMERMyTimer;

/*Definethecountersusedinthedemoapplication...*/
ULONGthread_0_counter;

/*Definethethreadstacks.*/
UCHARthread_0_stack[DEMO_STACK_SIZE];

/*Definethreadprototypes.*/

voidthread_0_entry(ULONGthread_input);


volatileunsignedintbootloop;


voidSystem_Init(void);
voidAppThreadCreate(void);
voidAppModuleCreate(void);


/*Definemainentrypoint.*/

intmain()
{
System_Init();

/*EntertheThreadXkernel.*/
tx_kernel_enter();
}


/*Definewhattheinitialsystemlookslike.*/

voidtx_application_define(void*first_unused_memory)
{
AppThreadCreate();
AppModuleCreate();

}

voidSystem_Init(void)
{
DELAY_Init();//cannotusesystick
LED_Init();
KEY_Init();
CONSOLE_Init(115200);
printf("!!!Start!!!
");

}

voidAppThreadCreate(void)
{
/*Createthread0.*/
tx_thread_create(
&thread_0,
"thread0",
thread_0_entry,
0,
thread_0_stack,
DEMO_STACK_SIZE,
THREAD0_PRIORITY,
THREAD0_PREEMPTION_THRESHOLD,
TX_NO_TIME_SLICE,
TX_AUTO_START);

}

voidAppModuleCreate(void)
{
/*Createatimergroup.*/
tx_timer_create(&MyTimer,
"MyTimer",
TimerCallback,
0,/*Theparameterspassed*/
100,/*Settheinitialdelayfortimertimeoverflow*/
1000,/*Setthetimerrunperiodaftertheinitialdelay*/
TX_AUTO_ACTIVATE);/*Activatethetimer*/
}


/*Thecallbackfunctionforthetimergroup.*/
voidTimerCallback(ULONGthread_input)
{

LED2_TOGGLE();

}

/*Definethetestthreads.*/
voidthread_0_entry(ULONGthread_input)
{
/*ThisthreadsimplycontrolsLEDflashingtoindicatethatthesystemisrunning*/
while(1)
{
/*Incrementthethreadcounter.*/
thread_0_counter++;
LED1_TOGGLE();
/*Sleepfor300ticks.*/
tx_thread_sleep(300);

}
}

3.2 下載與調(diào)試

運(yùn)行程序，板載LED1閃爍，表示當(dāng)前系統(tǒng)正在運(yùn)行。

觀察LED2間隔1s閃爍。

程序中創(chuàng)建定時(shí)器組，設(shè)置溢出周期為1000ms，在定時(shí)器回調(diào)函數(shù)中配置LED2引腳翻轉(zhuǎn)，激活定時(shí)器。當(dāng)計(jì)時(shí)周期到時(shí)，LED2引腳翻轉(zhuǎn)，運(yùn)行現(xiàn)象是LED2間隔1s閃爍，Demo演示成功。

4小結(jié)

Azure RTOS ThreadX提供定時(shí)器組能夠使應(yīng)用程序按照特定的時(shí)間間隔執(zhí)行，結(jié)合MM32F3270的強(qiáng)大性能，可以實(shí)現(xiàn)Azure RTOS廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

審核編輯：湯梓紅