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Contiki STM32移植

2023-05-16
Contiki STM32 移植

一  contiki 简介
“Contiki 是一个小型的，开源的，极易移植的多任务操作系统。它专门设计以适用于一系列的内存较小的网络系统，包括8位单片机到微型控制器的嵌入式系统。它的名字来自于托尔·海尔达尔的康提基号。Contiki只需几K的代码和几百字节的内存就能提供多任务环境和内建TCP/IP支持。”来自维基百科。（认真读才发现维基百科的翻译有点问题）
从这段介绍中可以得知contiki操作系统的三大特点——小型、开源、极易移植。和绝大多数开源的嵌入式操作系统不同，例如uCOS和FreeRTOS，contiki非常容易移植，使用事件驱动机制（protothread机制），运行时占用的内存很小。
虽然国内关于contiki的资料非常少，但是通过阅读contiki的例子和文档，还是可以很容易的完成移植工作。我主要解释了移植contiki的相关内容，关于contiki本身和contiki的使用，请关注contiki大神Jelline的博客，我也是经过他的点播才完成了contiki的移植。再次感谢Jelline的帮助。
      Jelline的博客地址： http://blog.chinaunix.net/uid-9112803-id-2978041.html
二   移植前的准备
      首先建立一个最简单的工程。一个最简单的任务莫过于LED闪烁了，从学习51单片机开始，到AVR，到ARM，从移植uCOS到移植contiki。LED闪烁无疑是最棒的任务。假设这个任务就是LED点亮1秒，然后让LED熄灭1秒。
      Contiki的采用事件驱动机制，那么如何才能够产生“事件“呢。
答案只有两个，第一，通过时钟定时，定时事件到就产生一个事件；第二，通过某种中断，某个中断发生，就产生某个事件例如外部中断。
那么移植contiki到底要做哪些工作呢。先来回顾一下uCOS在STM32移植，uCOS的移植也就是做了两件事情，第一，在PendSV这个异常中断中，保存上下文；第二，使用systick提供系统时钟。由于contiki是非抢占的操作系统，所以移植时并不需要PendSV中保存上下文。那么剩下的时钟设置时必须的，移植contiki的移植重点就应该在systick上。
      我个人的习惯，先上全部的代码，给大家一个整体的印象。

  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include <stdint.h>
  3. #include <stdio.h>
  4. #include <debug-uart.h>
  5. #include <clock.h>
  6. #include <sys/process.h>
  7. #include <sys/procinit.h>
  8. #include <etimer.h>
  9. #include <sys/autostart.h>
  10. unsigned int idle_count = 0;
  11. void led_init();
  12. PROCESS(blink_process, "Blink");
  13. AUTOSTART_PROCESSES(&blink_process);
  14. PROCESS_THREAD(blink_process, ev, data)
  15. {
  16.   PROCESS_BEGIN();
  17.   while(1)
  18. {
  19.    static structetimer et;
  20.    etimer_set(&et, CLOCK_SECOND);
  21.    PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et));
  22.    //打开LED
  23.    GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);
  24.    printf("LEDON\r\n");
  25.    etimer_set(&et, CLOCK_SECOND);
  26.    PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et));
  27.    //关闭LED
  28.    GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);
  29.    printf("LEDOFF\r\n");
  30. }
  31.   PROCESS_END();
  32. }
  33. int main()
  34. {
  35.   dbg_setup_uart();
  36.   led_init();
  37.   printf("Initialising\r\n");
  38.   clock_init();
  39.   process_init();
  40.   process_start(&etimer_process,NULL);
  41.   autostart_start(autostart_processes);
  42.   //process_start(&blink_process,NULL);
  43.   printf("Processesrunning\r\n");
  44.   while(1) {
  45.    do
  46.    {
  47.    }
  48.    while(process_run()> 0);
  49.    idle_count++;
  50. }
  51.   return 0;
  52. }
  53. void led_init()
  54. {
  55.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  56.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
  57.   //PC6 推挽输出
  58.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_6;
  59.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;
  60.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_Out_PP;
  61.   GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
  62. }
复制代码
三   寻找一些线索
      阅读contiki-2.5 源码中，stm32移植的相关内容分散在两个文件夹中，
第一， cpu\arm\stm32f103，这个文件夹存放的stm32移植的相关文件；
第二，platform\stm32test，这个文件夹中有一个不是那么完整的例子（主要是里面没有任务）。具体的源码如下：
  1. #include <stm32f10x_map.h>
  2. #include <stm32f10x_dma.h>
  3. #include <gpio.h>
  4. #include <nvic.h>
  5. #include <stdint.h>
  6. #include <stdio.h>
  7. #include <debug-uart.h>
  8. #include <sys/process.h>
  9. #include <sys/procinit.h>
  10. #include <etimer.h>
  11. #include <sys/autostart.h>
  12. #include <clock.h>
  13. unsigned int idle_count = 0;
  14. int
  15. main()
  16. {
  17.   dbg_setup_uart();
  18.   printf("Initialising\n");
  19.   
  20.   clock_init();
  21.   process_init();
  22.   process_start(&etimer_process,NULL);
  23.   autostart_start(autostart_processes);
  24.   printf("Processesrunning\n");
  25.   while(1) {
  26.    do {
  27.    } while(process_run()> 0);
  28.    idle_count++;
  29. }
  30.   return 0;
  31. }
复制代码
       我们来简单的分析一下，首先文件中包含了一些头文件。看着有点熟悉，应该是 V2.0 库的头文件，后面的移植工作会全部替换掉，使用 V3.4 的库文件。在 main 函数中，第一步初始化串口并通过串口发送某些信息，如果熟悉 smt32 的话，配置一个串口不难。接下来，初始化时钟，通过跟踪源代码，发现 clock_init 函数位于 cpu\arm\stm32f103 文件夹中的 clock 文件夹中。具体的函数如下
  1. void
  2. clock_init()
  3. {
  4.   NVIC_SET_SYSTICK_PRI(8);
  5.   SysTick->LOAD= MCK/8/CLOCK_SECOND;
  6.   SysTick->CTRL= SysTick_CTRL_ENABLE | SysTick_CTRL_TICKINT;
  7. }
复制代码
       这段代码的原理也非常的简单，初始化 systick 定时器。其功能是每秒发生 CLOCK_SECOND 次溢出更新。配置了 systick 也少不了 systick 中断了， systick 的中断的源码如下：
  1. void
  2. SysTick_handler(void) __attribute__ ((interrupt));
  3. void
  4. SysTick_handler(void)
  5. {
  6. (void)SysTick->CTRL;
  7.   SCB->ICSR = SCB_ICSR_PENDSTCLR;
  8.   current_clock++;
  9.   if(etimer_pending()&& etimer_next_expiration_time()<= current_clock) {
  10.    etimer_request_poll();
  11.    /* printf("%d,%d\n",clock_time(),etimer_next_expiration_time    ()); */
  12. }
  13.   if (--second_countdown== 0) {
  14.    current_seconds++;
  15.    second_countdown = CLOCK_SECOND;
  16. }
  17. }
复制代码
       在 systick 中断中不断更新了 etimer ，有了时钟 contiki 就可以顺畅的运行了。（如果想要了解 contiki 的更多内容，请关注 Jelline 的博客。）
       但是非常遗憾的是，全部的移植文件都使用的操作寄存器的方法或是使用了 V2 的库函数，对于我来说，还是使用 V3 的库函数比较舒服，在移植的过程中会慢慢修改。

四   开始移植
       准备的时间虽然有点长，但是是必须的。移植的过程却是非常的简单。
      先在clock源文件中添加头文件
       #include  "stm32f10x.h"
       #include  "stm32f10x_it.h"
删除原来的
      #include <stm32f10x_map.h>
      #include  <nvic.h>
把 systick 初始化改成
  1. void
  2. clock_init()
  3. {
  4.   if (SysTick_Config(SystemCoreClock / CLOCK_SECOND))
  5. {
  6.     while(1);
  7. }
  8. }
复制代码
把 systick 中断改成
  1. void SysTick_Handler(void)
  2. {
  3.   current_clock++;
  4.   if(etimer_pending()&& etimer_next_expiration_time()<= current_clock) {
  5.    etimer_request_poll();
  6.    // printf("%d,%d\n",clock_time(),etimer_next_expiration_time     ());
  7. }
  8.   if (--second_countdown== 0) {
  9.    current_seconds++;
  10.    second_countdown = CLOCK_SECOND;
  11. }
  12. }
复制代码
最后，把 stm32f10x_it.c 的 void  SysTick_Handler(void){} 删除。（为什么函数只能出现一次，这里出现了其他地方就不能出现了，这个其实和 uCOS的移植一样的。 ）
其实到这里就基本完成了 contiki 的移植。下面再来锦上添花的一步——加入串口调试部分。
       再来配置一下 debug 调试接口。配置串口位于 debug_uart 文件中，我把原代码中的 DMA 相关代码删了个精光，只有串口初始化和 fputc 函数。具体的代码如下
  1. void
  2. dbg_setup_uart_default()
  3. {
  4.   USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
  5.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  6.   //使能GPIOA时钟
  7.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA\
  8.                         | RCC_APB2Periph_USART1 ,ENABLE);
  9.   //PA9 TX1 复用推挽输出
  10.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_9;
  11.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;
  12.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF_PP;
  13.   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  14.   //PA10 RX1 浮动输入
  15.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_10;
  16.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed= GPIO_Speed_50MHz;   
  17.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  18.   GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  19.   USART_InitStructure.USART_BaudRate= 9600;
  20.   USART_InitStructure.USART_WordLength= USART_WordLength_8b;
  21.   USART_InitStructure.USART_StopBits= USART_StopBits_1;
  22.   USART_InitStructure.USART_Parity= USART_Parity_No;
  23.   USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl= USART_HardwareFlowControl_None;
  24.   USART_InitStructure.USART_Mode= USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
  25.   USART_Init(USART1,&USART_InitStructure);
  26.   //使能USART1
  27.   USART_Cmd(USART1,ENABLE);
  28. }
  29. int fputc(intch, FILE* f)
  30. {
  31.   USART_SendData(USART1,(uint8_t)ch);
  32.   while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE)== RESET );
  33.   return ch;
  34. }
复制代码

五   新建一个任务
       通过上网搜索和阅读书籍，写了以下代码。
  1. PROCESS(blink_process, "Blink");
  2. AUTOSTART_PROCESSES(&blink_process);
  3. PROCESS_THREAD(blink_process, ev, data)
  4. {
  5.   PROCESS_BEGIN();
  6.   while(1)
  7. {
  8.    static structetimer et;
  9.    etimer_set(&et, CLOCK_SECOND);
  10.    PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et));
  11.    //打开LED
  12.    GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);
  13.    printf("LEDON\r\n");
  14.    etimer_set(&et, CLOCK_SECOND);
  15.    PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et));
  16.    //关闭LED
  17.    GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);
  18.    printf("LEDOFF\r\n");
  19. }
  20.   PROCESS_END();
  21. }
复制代码
       该任务是从 contiki-2.5 中一个例子修改而来的。任务非常的简单，打开 LED ，通过串口发送提示信息，然后关闭 LED ，通过串口发送提示信息。具体的代码不做过多的解释，因为前言中给出了链接，博主比我分析的恰当。在这里我简单说说， contiki 的任务的基本结构这样的。
  1. PROCESS(blink_process, "Blink");
  2. PROCESS_THREAD(blink_process, ev, data)
  3. {
  4.   PROCESS_BEGIN();
  5.   while(1)
  6. {
  7. }
  8.   PROCESS_END();
  9. }
复制代码
PROCESS (blink_process, "Blink"); 相关于函数的声明，这一行代码有一个小冒号，也可以看得出来这是一个函数的声明，而不是函数主体。
任务中以 PROCESS_BEGIN () ，而已 PROCESS_END () 结尾，任务的实体部分为 while(1){}, 和绝大多数实时操作系统一样，任务的主体部分在 while(1) 中。 PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL 的含义是等待某个事件发生，如果该事件发生，则执行一下的代码，如果该事件没有发生，该任务就会交出 CPU 的使用权，让其他的任务得以执行。在这里 contiki 保留了任务的上下文，但是只用了一个整型字节。不像 ucos ，在从一个任务到另一个任务的时候，需要保存该任务的上下文，需要消耗一定的内存。

Contiki的这种调度机制称之为protothread，如果认真的阅读contiki的源码，你会发现其实就是switchcase结构。

      PROCESS_WAIT_EVENT_UNTIL(etimer_expired(&et)); 这句代码的意思就是查询该任务中定义的定时器是否到期了，在这里起到了不占用 CPU 的延时。
再来说说 AUTOSTART_PROCESSES (); 该宏 ( 函数 ) 是指该任务自动启动，当然也可以调用 process_start 函数启动任务。在我实际的编程中，我更喜欢使用 process_start 函数。
  1. AUTOSTART_PROCESSES其实也是一个宏东定义，
  2.       #if ! CC_NO_VA_ARGS
  3. #if AUTOSTART_ENABLE
  4. #define AUTOSTART_PROCESSES(...)                       \
  5. struct process * const autostart_processes[]= {__VA_ARGS__, NULL}
  6. #else //AUTOSTART_ENABLE
  7. #define AUTOSTART_PROCESSES(...)                       \
  8. extern int _dummy
  9. #endif //AUTOSTART_ENABLE
  10. #else
  11. #error "C compiler must support __VA_ARGS__ macro"
  12. #endif
复制代码
要想使用它的话，还需要再任何一个地方添加。
#define  AUTOSTART_ENABLE 1
       最后请大家不要忘记 LED 相关 IO 口的操作。请查看前文代码。
六   实验结果
       先给出 contiki 的 IAR  工程目录和文件目录



file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg
      
再来一个头文件包含路径

$PROJ_DIR$\CMSIS
$PROJ_DIR$\StdPeriph_Driver\inc
$PROJ_DIR$\User
$PROJ_DIR$\contiki-2.5\core
$PROJ_DIR$\contiki-2.5\core\sys
$PROJ_DIR$\contiki-2.5\core\lib
$PROJ_DIR$\contiki-2.5\cpu
       其他的也不做过多说明，我想相信聪明的你找找就知道了。
如果移植顺利的话，就可以看到以下实验结果。写到这里你会发现，contiki的移植还是非常简单的。以后还需要深入的研究contiki，移植到cc2430试试！



最后附上工程源码 IAR5.5 V3.4库

IAR6.30 网友提供 
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