移植RT-Thread到STM32开发板的详细步骤例程

本章开始，先新建一个基于野火STM32全系列（包含M3/4/7）开发板的的RT-Thread的工程模板，让RT-Thread先跑起来。以后所有的RT- Thread相关的例程我们都在此模板上修改和添加代码，不用再反反复复地新建。

1. 获取STM32的裸机工程模板

STM32的裸机工程模板我们直接使用野火STM32开发板配套的固件库例程即可。这里我们选取比较简单的例 程—“GPIO输出—使用固件库点亮LED”作为裸机工程模板。该裸机工程模板均可以在对应板子的A盘/程序源码 /固件库例程的目录下获取到，下面以野火F103-霸道板子的光盘目录为例，具体见图 STM32裸机工程模板在光盘资料中的位置。

2. 下载RT-Thread Nano 源码

Nano是Master的精简版，去掉了一些组件和各种开发板的BSP，保留了OS的核心功能，但足够我们使用。版本已经更新到了3.0.3版本，与Master的版本号一致。

RT-Thread Master的源码可从RT-Thread GitHub仓库地址：https://github.com/RT-Thread/rt-thread下载到，Nano就是从里面扣出来的。RT- Thread官方并没有将抠出来的Nano放到他们的官方网站，而是作为一个Package放在了KEIL网站—http://www.keil.com/dd2/pack/中，供用户下载， 具体见图 RT-Thread Nano Package，目前的版本号是3.0.3，如果以后更新到更高的版本则以最新的版本为准。

3. 安装RT-Thread Package

下载下来之后是一个以exe为后缀的文件，点击安装即可，安装目录与你的KEIL安装目录一样，安装成功之后， 可以在KEIL的PACK目录下找到刚刚安装的Package的所有的文件，具体见图 安装文件。

这样安装成功之后，就可以在KEIL里面的软件包管理器中将RT-Thread Nano 直接添加到工程里面， 具体见图 从KEIL的软件包管理器中选择RT-Thread。

4. 往裸机工程添加RT-Thread源码

4.1. 拷贝RT-Thread Package到裸机工程根目录

使用这种方法打包的RT-Thread 工程，拷贝到一台没有安装RT-Thread Package的电脑上面是使用不了的， 会提示找不到RT-Thread的源文件。鉴于RT-Thread Package容量很小，我们直接将安装在KEIL PACK 目 录下的整个RT-Thread文件夹拷贝到我们的STM32裸机工程里面，让整个RT-Thread Package 跟随我们的 工程一起发布，具体见图 拷贝Package到裸机工程。

图 拷贝Package到裸机工程 中RT-Thread文件夹下就是RT-Thread Nano 的所有东西，该文件夹下的具体内容见下表。

表格 RT-dhread 文件夹内容组成

文件夹	文件夹	描述
rtthread/3.0.3	bsp	板级支持包
	components/finsh	RT-Thread组件
	include	头文件
	include/libc	头文件
	libcpu/arm/cortex-m0	与处理器相关的接口文件
	libcpu/arm/cortex-m3	与处理器相关的接口文件
	libcpu/arm/cortex-m4	与处理器相关的接口文件
	libcpu/arm/cortex-m7	与处理器相关的接口文件
	src	RT-Thread内核源码

4.2. 拷贝rtconfig.h文件到user文件夹

将RT-Thread/3.0.3/bsp文件夹下面的rtconfig.h配套文件拷贝到工程根目录下面的user文件夹，等下我们需要对这个文件进行修改。

用户可以通过修改这个RT-Thread内核的配置头文件来裁剪RT-Thread的功能，所以我们把它拷贝一份放在user这个文件夹下面。user，见名之义我们就可以知道里面存放的文件都是用户自己编写的。

4.3. 拷贝board.c文件到user文件夹

将RT-Thread/3.0.3/bsp文件夹下面的board.c配套文件拷贝到工程根目录下面的user文件夹，等下我们需要对这个board.c进行修改。

4.4. RT-Thread文件夹内容简介

接下来我们对RT-Thread文件夹下面的内容做个简单的介绍，好让我们能够更顺心地使用RT-Thread。

4.4.1. bsp文件夹简介

bsp文件夹里面存放的是板级支持包，即board support package的英文缩写。RT-Thread为了推广自己， 会给各种半导体厂商的评估板写好驱动程序，这些驱动程序就放在bsp这个目录下，我们这里用的是nano版本， 只有几款开发板的驱动，具体见图 bsp文件夹内容，如果是Master版本，则存放了非常多的开发板的驱动，具体见 图 Master文件夹内容。bsp文件夹下面的board.c这是RT-Thread用来初始化开发板硬件的相关函数。rtconfig.h是 RT-Thread功能的配置头文件，里面定义了很多宏，通过这些宏定义，我们可以裁剪RT-Thread的功能。 用户在使用RT-Thread的时候，用户只需要修改board.c和rtconfig.h这两个文件的内容即可，其它文件 我们不需要改动。如果为了减小工程的大小，bsp文件夹下面除了board.c和rtconfig.h这两个文件要保 留外，其它的统统可以删除。

4.4.2. components文件夹简介

在RT-Thread看来，除了内核，其它第三方加进来的软件都是组件，比如gui、fatfs、lwip和finsh等。那么这些组件就放在components这个文件夹内，目前nano版本只放了finsh，其它的都被删除了，master版本则放了非常多的组件。finsh是RT- Thread组件里面最具特色的，它通过串口打印的方式来输出各种信息，方便我们调试程序。

4.4.3. include文件夹简介

include目录下面存放的是RT-Thread内核的头文件，是内核不可分割的一部分。

4.4.4. libcpu文件夹简介

RT-Thread是一个软件，单片机是一个硬件，RT- Thread要想运行在一个单片机上面，它们就必须关联在一起，那么怎么关联？还是得通过写代码来关联，这部分 关联的文件叫接口文件，通常由汇编和C联合编写。这些接口文件都是跟硬件密切相关的，不同的硬件接口文件是 不一样的，但都大同小异。编写这些接口文件的过程我们就叫移植，移植的过程通常由RT-Thread和mcu原厂的人 来负责，移植好的这些接口文件就放在libcpu这个文件夹的目录下。RT-Thread nano目 前在libcpu目录下只放了cortex-m0、m3、m4和m7内核的单片机的接口文件，只要是使用了这些内核的mcu都可 以使用里面的接口文件。通常网络上出现的叫“移植某某某RTOS到某某某MCU”的教程，其实准确来说，不能够叫 移植，应该叫使用官方的移植，因为这些跟硬件相关的接口文件，RTOS官方都已经写好了，我们只是使用而已。 我们本章讲的移植也是使用RT-Thread官方的移植，关于这些底层的移植文件我们已经在第一部分“从0到1教你 写RT-Thread内核”有非常详细的讲解，这里我们直接使用即可。

4.4.5. src文件夹简介

src目录下面存放的是RT-Thread内核的源文件，是内核的核心，我们在第一部分“从0到1教你写RT-Thread内核”里面讲解的就是这里面内容。

4.5. 添加RT-Thread源码到工程组文件夹

在上一步我们只是将RT-Thread的源码放到了本地工程目录下，还没有添加到开发环境里面的组文件夹里面。

4.5.1. 新建rtt/source和rtt/ports组

接下来我们在开发环境里面新建rtt/source和rtt/ports两个组文件夹，其中rtt/source用于存放src文件夹的内容，rtt/ports用于存放libcpu/arm/cortex-m？文件夹的内容，“？”表示3、4或者7，具体选择哪个得看你使用的是野火哪个型号的STM32开发板，具体 见下表。

表格 野火STM32开发板型号对应RT-Thread的接口文件

野火STM32开发板型号	具体芯片型号	RT-Thread不同内核的接口文件
MINI	STM32F103RCT6	libcpu/arm/cortex-m3
指南者	STM32F103VET6	libcpu/arm/cortex-m3
霸道	STM32F103ZET6	libcpu/arm/cortex-m3
霸天虎	STM32F407ZGT6	libcpu/arm/cortex-m4
F429-挑战者	STM32F429IGT6	libcpu/arm/cortex-m4
F767-挑战者	STM32F767IGT6	libcpu/arm/cortex-m7
H743-挑战者	STM32H743IIT6	libcpu/arm/cortex-m7

bsp里面的rtconfig.h和board.c添加到user组文件夹下，其中rtconfig.h用于配置RT-Thread的功能， board.c用于存放硬件相关的初始化函数。源码添加完毕之后，具体见图 添加RT-Thread源码到工程组文件夹。

2.4.5.2. 指定RT-Thread头文件的路径

RT-Thread的源码已经添加到开发环境的组文件夹下面，编译的时候需要为这些源文件指定头文件的路径，不然编译会报错。RT-Thread的源码里面只有RT-Thread3.0.3componentsfinsh、RT-Thread3.0.3include和RT- Thread3.0.3includelibc这三个文件夹下面有头文件，只需要将这三个头文件的路径在开发环境里面指定即可。同时我们还将RT-Thread3.0.3bsp里面的rtconfig.h这个头文件拷贝到了工程根目录下的user文件夹下，所以user的路径也要加到开发环境里面。RT- Thread头文件的路径添加完成后的效果具体见图 在开发环境中指定RT-Thread的头文件的路径。

2.5. 修改rtconfig.h

rtconfig.h是直接从RT-Thread/3.0.3/bsp文件夹下面拷贝过来的，该头文件对裁剪整个RT-Thread所需的功能的宏均做了定义，有些宏定义被使能，有些宏定义被失能，一开始我们只需要配置最简单的功能即可。要想随心所欲的配置RT- Thread的功能，我们必须对这些宏定义的功能有所掌握，下面我们先简单的介绍下这些宏定义的含义，然后再对这些宏定义进行修改。

2.5.1. rtconfig.h文件内容讲解

代码清单:移植RTT-1(1)：头文件RTE_Components.h是在MDK中添加RT-Thead Package时由MDK自动生成的， 目前我们没有使用MDK中自带的RT-Thread的Package，所以这个头文件不存在，如果包含了该头文件，编译的时 候会报错，等下修改rtconfig.h的时候需要注释掉该头文件。

代码清单:移植RTT-1(2)：Use Configuration Wizard in Context Menu：在上下文中使用 配置向导来配置rtconfig.h中的宏定义。接下来代码中夹杂的“”、“”“”、“”和“”这些符号是MDK自带的配置向导控制符号，使用这些符号控制的代码可以生成一个对应的图形界面的配置 向导，rtconfig.h对应的配置向导具体见图 rtconfig.h对应的配置向导。有关配置向导的语法，可在MDK的帮助文档里面找到， 在搜索栏输入Configuration Wizard 即可搜索到，具体见图 Configuration-Wizard。具体每一个符号的语法我们这里不 做细讲，有兴趣的可以深究下。 对于我个人，还是倾向于直接修改rtconfig.h中的源码，而不是通过这个配置 向导来修改，就好比一个老烟枪抽烟的时候你要给他加个过滤嘴，那是不可能的，这辈子都是不可能的。

代码清单:移植RTT-1(3)：RT-Thread的基本配置，要想RT-Thread准确无误的跑起来，这些基本配置必须得有且正确。

代码清单:移植RTT-1(3)-1：RT_THREAD_PRIORITY_MAX这个宏表示RT-Thread支持多少个优先级， 取值范围为8~~~256，默认为32。

代码清单:移植RTT-1(3)-2：RT_TICK_PER_SECOND 表示操作系统每秒钟有多少个tick，tick即是操 作系统的时钟周期，默认为1000，即操作系统的时钟周期tick等于1ms。

代码清单:移植RTT-1(3)-3：RT_ALIGN_SIZE这个宏表示CPU处理的数据需要多少个字节对齐，默认为4个字节。

代码清单:移植RTT-1(3)-4：RT_NAME_MAX这个宏表示内核对象名字的最大长度，取值范围为2~~~16，默认为8。

代码清单:移植RTT-1(3)-5：使用RT-Thread组件初始化，默认使能。

代码清单:移植RTT-1(3)-6：使用用户main函数，默认打开。

代码清单:移植RTT-1(3)-7：main线程栈大小，取值范围为1~~~4086，单位为字节，默认为512。

代码清单:移植RTT-1(4)：调试配置。包括了内核调试配置，组件调试配置和线程栈溢出检测，目前全部关闭。

代码清单:移植RTT-1(5)：钩子函数配置，目前全部关闭。

代码清单:移植RTT-1(6)：软件定时器配置，目前关闭，不使用软件定时器。

代码清单:移植RTT-1(7)：内部通信配置，包括信号量、互斥量、事件、邮箱和消息队列，根据需要配置。

代码清单:移植RTT-1(8)：内存管理配置。

代码清单:移植RTT-1(8)-1：RT_USING_MEMPOOL这个宏用于表示是否使用内存池，目前关闭，不使用内存池。

代码清单:移植RTT-1(8)-2：RT_USING_HEAP这个宏用于表示是否堆，目前关闭，不使用堆。

代码清单:移植RTT-1(8)-3：RT_USING_SMALL_MEM这个宏用于表示是否使用小内存，目前使能。

代码清单:移植RTT-1(8)-4：RT_USING_TINY_SIZE这个宏用于表示是否使用极小内存，目前关闭，不使用。

代码清单:移植RTT-1(9)：控制台配置。控制台即是rt_kprintf()函数调试输出的设备，通常使用串口。

代码清单:移植RTT-1(10)：FINSH配置。

代码清单:移植RTT-1(11)：设备配置。

代码清单:移植RTT-1(12)：rtconfig.h配置结束。

2.5.2. rtconfig.h文件修改

rtconfig.h头文件的内容修改的不多，具体是：注释掉头文件RTE_Components.h、修改了 RT_THREAD_PRIORITY_MAX、RT_TICK_PER_SECOND和RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE这三个宏 的大小，具体见 代码清单:移植RTT-2 的高亮部分。

2.6. 修改board.c

2.6.1. board.c文件内容讲解

board.c是直接从RT-Thread/3.0.3/bsp文件夹下面拷贝过来的，里面存放的是与硬件相关的初始化函数， 整个 board.c中的内容具体见 代码清单:移植RTT-3。

代码清单:移植RTT-3(1)：RT-Thread相关头文件，rthw.h是处理器相关，rtthread与内核相关。

代码清单:移植RTT-3(2)：SysTick相关的寄存器定义和初始化函数，这个是跟处理器相关的，等下我们直接 使用固件库函数，可以把这部分注释掉，也可以保留，看个人喜好。

代码清单:移植RTT-3(3)：RT-Thread堆配置，如果同时定义了RT_USING_USER_MAIN和 RT_USING_HEAP这两 个宏，表示RT-Thread里面创建内核对象时使用动态内存分配方案。堆可以是内部的SRAM也可以是外部的SRAM或 SDRAM，目前的方法是从内部SRAM里面分配一部分静态内存来作为堆空间，这里配置为4KB。rt_heap_begin_get() 和rt_heap_end_get()这两个函数表示堆的起始地址和结束地址。这两个函数前面的宏RT_WEAK的原型是关键字 __weak，表示若定义，即其它地方定义了rt_heap_begin_get()和rt_heap_end_get()这两个函数实体， 被__weak修饰的函数就会被覆盖。

RT_USING_USER_MAIN和RT_USING_HEAP这两个宏在rtconfig.h中定义，RT_USING_USER_MAIN默认使能，通过使能或者失能RT_USING_HEAP这个宏来选择使用静态或者动态内存。无论是使用静态还是动态内存方案，使用的都是内部的SRAM，区别是使用的内存是 在程序编译的时候分配还是在运行的时候分配。

2.6.1.1. rt_hw_board_init()函数

代码清单:移植RTT-3(4)：RT-Thread启动的时候会调用一个名为rt_hw_board_init()的函数，从函数名称 我们可以知道它是用来初始化开发板硬件的，比如时钟，比如串口等，具体初始化什么由用户选择。当这些硬件 初始化好之后，RT-Thread才继续往下启动。至于RT-Thread是哪个文件里面的哪个函数会调 用rt_hw_board_init()，我们在本章先不细讲，留到接下来的“RT-Thread的启动流程”章节再深究，这里我们 只需要知道我们用户要自己编写一个rt_hw_board_init()的函数供RT-Thread启动的时候调用即可。

代码清单:移植RTT-3(4)-1：更新系统时钟，如果硬件已经能够跑起来都表示系统时钟是没有问题的，该函数一般由固件库提供。

代码清单:移植RTT-3(4)-2：初始化系统定时器SysTick，SysTick给操作系统提供时基，1个时基我们称之 为一个tick，tick是操作系统最小的时间单位。RT_TICK_PER_SECOND是一个在rtconfig.h中定义的宏，用于 配置SysTick每秒中断多少次，这里配置为1000，即1秒钟内SysTick会中断1000次，即中断周期为1ms。 这部 分功能等下我们会用固件库函数SysTick_Config()来代替。

代码清单:移植RTT-3(4)-3：硬件BSP初始化统统放在这里，比如LED，串口，LCD等。目前我们暂时没有初始化任何开发板的硬件。

代码清单:移植RTT-3(4)-4：这部分是RT-Thread为开发板组件提供的一个初始化函数，该函数在 components.c里面实现，由rtconfig.h里面的宏RT_USING_COMPONENTS_INIT决定是否调用，默认是开启。

代码清单:移植RTT-3(4)-5：rt_console_set_device()是RT-Thread提供的一个控制台设置函数，它将指定rt_kprintf()函数 的输出内容具体从什么设备打印出来。该函数在kservice.c里面实现，由rtconfig.h里面的RT_USING_CONSOLE和RT_USING_DEVICE这两个宏决定是否调用，目前我们暂时不用。

代码清单:移植RTT-3(4)-6：rt_system_heap_init()是RT-Thread提供的一个内存初始化函数， 只有在使用RT-Thread提供的动态内存分配函数时才需要使用到。该函数在mem.c里面实现，由rtconfig.h里面的RT_USING_HEAP和RT_USING_USER_MAIN这两个决定是否调用，目前我们暂时不用。

2.6.1.2. SysTick_Handler()函数

代码清单:移植RTT-3(5)：SysTick中断服务函数是一个非常重要的函数，RT-Thread所有跟时间相关的事 情都在里面处理，具体实现见 代码清单:移植RTT-4。

代码清单:移植RTT-4SysTick_Handler()函数

代码清单:移植RTT-4(1)：进入中断，对中断计数器rt_interrupt_nest加1操作。

代码清单:移植RTT-4(2)：rt_tick_increase()用于更新时基，实现时间片，扫描系统定时器。

代码清单:移植RTT-4(3)：退出中断，对中断计数器rt_interrupt_nest减1操作。

2.6.2. board.c文件修改

board.c文件内容修改的并不多，具体见代码清单:移植RTT-5的高亮部分。

代码清单:移植RTT-5修改(1)：在user目录下新建一个board.h头文件，用来包含固件库和BSP相关的 头文件和存放board.c里面的函数声明，具体见 代码清单:移植RTT-6。

代码清单:移植RTT-5修改(2)：SysTick相关的寄存器和初始化函数统统屏蔽掉，将由固件库文件core_cm3/4/7里面的替代。

代码清单:移植RTT-5修改(3)：SysTick初始化函数由固件库文件core_cm3/4/7里面的SysTick_Config()函数替代。

如果使用的是HAL库（目前野火只在STM32 M7系列中使用HAL库），则必须添加系统时钟初始化函数，这个函数在 我们利用STM32CubeMX代码生成工具配置工程时会自动给我们生成，我们只需添加到rt_hw_board_init()函数进 行初始化即可。

代码清单:移植RTT-7(2)：初始化系统时钟之后，需要对SysTick进行初始化，因为系统时钟初始化函数会 在最后将SysTick的时钟也进行初始化为HAL库中默认的时钟，不满足我们系统的要求，所以我们只能使用 HAL_SYSTICK_Config将SysTick重新初始化，根据我们的RT_TICK_PER_SECOND宏定义进行配置。保证系统正常运行。

2.7. 添加core_delay.c和core_delay.h文件

只有在使用HAL库时才需要添加core_delay.c和core_delay.h文件。野火只在其M7系列的开发板使用了HAL，M4和M3使用的是标准库，不需要添加。

在ST的Cortex-M7内核系列的单片机中，就不再支持标准库而是推出了HAL库，目前，野火只在STM32 M7系列中使用HAL库。

HAL是意思是Hardware Abstraction Layer，即硬件抽象层。用一句话概括就是现在这个库与标准库相比，与底 层硬件的相关性大大地降低，程序可移植性大大提高，电工写程序更easy，可以像计算机的码农那样写代码。对于 小白来说，Coding的门槛虽然降低了，但是HAL带来的占用内存大，编译慢是很多老手不喜欢的，特别是我，我就 很不喜欢，编译一次7分钟，简直是要了我的老命。鉴于HAL的优缺点，我个人观点是比较适合ST Cortex-M7内核 系列这种大内存，高性能的MCU，虽然Cortex-M3/M4也有HAL库，但是还是使用标准库比较好。

HAL库驱动中，由于某些外设的驱动需要使用超时判断（比如I2C、SPI、SDIO等），需要精确延时（精度为1ms）， 使用的是SysTick，但是在操作系统里面，我们需要使用SysTick来提供系统时基，那么就冲突了，怎么办？我们 采取的做法是重写HAL库里面延时相关的函数，只有三个：HAL_InitTick()、HAL_GetTick()和HAL_Delay()， 这三个函数在HAL库中都是弱定义函数（函数开头带__weak关键字），弱定义的意思是只要用户重写这三个函数， 原来HAL库里面的就会无效。

在Cortex-M内核里面有一个外设叫DWT(Data Watchpoint and Trace)， 该外设有一个32位的寄存器叫CYCCNT， 它是一个向上的计数器， 记录的是内核时钟运行的个数，最长能记录的时间为： 10.74s = 2的32次方/400000000 (CYCNNT从0开始计数到溢出，最长的延时时间与内核的频率有关，假设内核频率为400M，内核时钟跳一次的时间 大概为1/400M=2.5ns)，当CYCCNT溢出之后，会清0重新开始向上计数。这种延时方案不仅精确，而且还不占用单 片机的外设资源，非常方便。所以HAL库里面刚刚讲到的需要重写的三个函数我们都基于CYCCNT的方案来实现，具 体的实现见代码清单:移植RTT-8和代码清单13‑9的高亮部分，其中core_delay.c和core_delay.h这两个文件我们已经 写好，放在user文件夹下即可，具体的使用方法看注释。

代码清单:移植RTT-8(1)：重写HAL_InitTick()函数。

代码清单:移植RTT-8(2)：重写HAL_GetTick ()函数。

代码清单:移植RTT-9(3)：重写HAL_Delay ()函数。

2.8. 修改main.c

我们将原来裸机工程里面main.c的文件内容全部删除，新增如下内容，具体见 代码清单:移植RTT-10。