基于 Keil MDK 移植 RT-Thread Nano

鸣涧_GC96O

基于 Keil MDK 移植 RT-Thread Nano

本文介绍如何基于 Keil MDK 移植 RT-Thread Nano ，并以一个 stm32f103 的基础工程作为示例进行讲解。

RT-Thread Nano 已集成在 Keil MDK 中，可以直接在 IDE 中进行下载添加。本文档介绍了如何使用 MDK 移植 RT-Thread Nano，并以一个 stm32f103 的基础工程作为示例进行讲解。

移植 Nano 的主要步骤：

• 准备一个基础的 keil MDK 工程，并获取 RT-Thread Nano pack 安装包并进行安装。
• 在基础工程中添加 RT-Thread Nano 源码。
• 适配 Nano，主要从 中断、时钟、内存这几个方面进行适配，实现移植。
• 验证移植结果：编写第一个应用代码，基于 RT-Thread Nano 闪烁 LED。
• 最后可对 Nano 进行配置：Nano 是可裁剪的，通过配置文件 rtconfig.h 实现对系统的裁剪。
  

准备工作

• 准备一份基础的裸机源码工程，如一份 stm32 的 LED 指示灯闪烁示例代码。
• 在 KEIL 上安装 RT-Thread Nano Pack。
  

基础工程准备

在移植 RT-Thread Nano 之前，我们需要准备一个能正常运行的裸机工程。作为示例，本文使用的是基于 STM32F103 的一个 LED 闪烁程序。程序的主要截图如下：

在我们的例程中主要做了系统初始化与 LED 闪烁功能，编译下载程序后，就可以看到 LED 闪烁了。读者可以根据自己的需要使用的芯片，准备一个类似的裸机工程。

Nano Pack 安装

Nano Pack 可以通过在 Keil MDK IDE 内进行安装，也可以手动安装。下面开始介绍两种安装方式。

方法一：在 IDE 内安装

打开 MDK 软件，点击工具栏的 Pack Installer 图标：

点击右侧的 Pack，展开 Generic，可以找到 RealThread::RT-Thread，点击 Action 栏对应的 Install ，就可以在线安装 Nano Pack 了。另外，如果需要安装其他版本，则需要展开 RealThread::RT-Thread，进行选择。

方法二：手动安装

我们也可以从官网下载安装文件，RT-Thread Nano 离线安装包下载，下载结束后双击文件进行安装：

添加 RT-Thread Nano 到工程

打开已经准备好的可以运行的裸机程序，将 RT-Thread 添加到工程。如下图，点击 Manage Run-Time Environment。

在 Manage Rum-Time Environment 里 "Software Component" 栏找到 RTOS，Variant 栏选择 RT-Thread，然后勾选 kernel，点击 "OK" 就添加 RT-Thread 内核到工程了。

现在可以在 Project 看到 RT-Thread RTOS 已经添加进来了，展开 RTOS，可以看到添加到工程的文件：

Cortex-M 芯片内核移植代码：

context_rvds.scpuport.c

Kernel 文件包括：

clock.ccomponents.cdevice.cidle.cipc.cirq.ckservice.cmem.cobject.cscheduler.cthread.ctimer.c

配置文件：

board.crtconfig.h

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适配 RT-Thread Nano中断与异常处理

RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler()，这两个函数已由 RT-Thread 实现，所以需要删除工程里中断服务例程文件中的这两个函数，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

系统时钟配置

需要在 board.c 中实现 系统时钟配置（为 MCU、外设提供工作时钟）与 os tick 的配置（为操作系统提供心跳 / 节拍）。

如下代码所示， HAL_Init() 初始化 HAL 库， SystemClock_Config()配置了系统时钟， SystemCoreClockUpdate() 对系统时钟进行更新，_SysTick_Config() 配置了 OS Tick。此处 OS Tick 使用滴答定时器 systick 实现，需要用户在 board.c 中实现 SysTick_Handler() 中断服务例程，调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() ，如下图所示。

[color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* board.c */void rt_hw_board_init(){    HAL_Init();    SystemClock_Config();    [color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* System Clock Update */    SystemCoreClockUpdate();    [color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* System Tick Configuration */    _SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);    [color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* Call components board initial (use INIT_BOARD_EXPORT()) */#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT    rt_components_board_init();#endif#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)    rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get());#endif}

由于 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现，做了系统 OS Tick，所以还需要删除工程里中原本已经实现的 SysTick_Handler() ，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

内存堆初始化

系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成，内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启，RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能，这样可以保持一个较小的体积，不用为内存堆开辟空间。

开启系统 heap 将可以使用动态内存功能，如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能，则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可，此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用，如下所示：

初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数，系统中默认使用数组作为 heap，并获取了 heap 的起始地址与结束地址，该数组大小可手动更改，如下所示：

注意：开启 heap 动态内存功能后，heap 默认值较小，在使用的时候需要改大，否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况，修改方法有以下两种：

• 可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小，至少大于各个动态申请内存大小之和，但要小于芯片 RAM 总大小。
• 也可以参考《RT-Thread Nano 移植原理》——实现动态内存堆 章节进行修改，使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址，使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址，这是 heap 能设置的最大值的方法。
  

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适配 RT-Thread Nano中断与异常处理

RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler()，这两个函数已由 RT-Thread 实现，所以需要删除工程里中断服务例程文件中的这两个函数，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

系统时钟配置

需要在 board.c 中实现 系统时钟配置（为 MCU、外设提供工作时钟）与 os tick 的配置（为操作系统提供心跳 / 节拍）。

如下代码所示， HAL_Init() 初始化 HAL 库， SystemClock_Config()配置了系统时钟， SystemCoreClockUpdate() 对系统时钟进行更新，_SysTick_Config() 配置了 OS Tick。此处 OS Tick 使用滴答定时器 systick 实现，需要用户在 board.c 中实现 SysTick_Handler() 中断服务例程，调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() ，如下图所示。

[color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* board.c */void rt_hw_board_init(){    HAL_Init();    SystemClock_Config();    [color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* System Clock Update */    SystemCoreClockUpdate();    [color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* System Tick Configuration */    _SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);    [color=rgba(149, 165, 166, 0.8)]/* Call components board initial (use INIT_BOARD_EXPORT()) */#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT    rt_components_board_init();#endif#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)    rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get());#endif}

由于 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现，做了系统 OS Tick，所以还需要删除工程里中原本已经实现的 SysTick_Handler() ，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

内存堆初始化

系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成，内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启，RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能，这样可以保持一个较小的体积，不用为内存堆开辟空间。

开启系统 heap 将可以使用动态内存功能，如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能，则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可，此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用，如下所示：

初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数，系统中默认使用数组作为 heap，并获取了 heap 的起始地址与结束地址，该数组大小可手动更改，如下所示：

注意：开启 heap 动态内存功能后，heap 默认值较小，在使用的时候需要改大，否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况，修改方法有以下两种：

• 可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小，至少大于各个动态申请内存大小之和，但要小于芯片 RAM 总大小。
• 也可以参考《RT-Thread Nano 移植原理》——实现动态内存堆 章节进行修改，使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址，使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址，这是 heap 能设置的最大值的方法。