簡 介

Azure RTOS ThreadX 是 Microsoft 提供的高級工業(yè)級實時操作系統(tǒng) (RTOS)。它是專門為深度嵌入式實時 IoT 應(yīng)用程序設(shè)計的。Azure RTOS ThreadX 提供高級計劃、通信、同步、計時器、內(nèi)存管理和中斷管理功能。此外，Azure RTOS ThreadX 具有許多高級功能，包括 picokernel 體系結(jié)構(gòu)、preemption-threshold 計劃、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)用手冊描述了MM32F3270系列MCU結(jié)合Azure RTOS ThreadX定時器組的使用，引導(dǎo)用戶理解Azure RTOS ThreadX應(yīng)用程序計時器功能。

表 1 適用系列型號

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 公共源代碼存儲庫獲取 Azure RTOS ThreadX，網(wǎng)址為：

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

Azure RTOS 何時需要許可證？

Microsoft 將 Azure RTOS 源代碼發(fā)布到 GitHub。安裝和使用該軟件進行內(nèi)部開發(fā)、測試和評估無需許可證。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 存儲庫克隆到本地計算機來安裝 ThreadX。下面是用于在 PC 上創(chuàng)建 ThreadX 存儲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和軟件平臺的移植文件，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，演示定時器組功能。

2ThreadX定時器組的應(yīng)用

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

2.1 定時器組

2.1.1 應(yīng)用程序計時器

快速響應(yīng)異步外部事件是嵌入式實時應(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)定的時間間隔執(zhí)行某些活動。

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

每個應(yīng)用程序計時器都是一個公用資源。ThreadX 對如何使用應(yīng)用程序計時器沒有任何限制。

2.1.2 計時器間隔

在 ThreadX 中，時間間隔通過定期計時器中斷來測量。每個計時器中斷稱為計時器時鐘周期。計時器時鐘周期之間的實際時間由應(yīng)用程序指定，但 10 毫秒是大多數(shù)實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)時間。定期計時器設(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)用程序計時器才會正常運行。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。但隨后會禁用所有與計時器相關(guān)的處理。這包括時間切片、掛起超時和計時器服務(wù)。

2.1.3 計時器準(zhǔn)確性

計時器過期時間根據(jù)時鐘周期指定。達到每個計時器時鐘周期時，指定到期值將減一。由于應(yīng)用程序計時器可在計時器中斷（或計時器時鐘周期）之前啟用，因此，實際過期時間可能會提前一個時鐘周期。

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

2.1.4 計時器執(zhí)行

應(yīng)用程序計時器按照其激活的順序執(zhí)行。例如，如果創(chuàng)建了三個具有相同過期值的計時器并已激活，這些計時器對應(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)用程序計時器

應(yīng)用程序計時器由應(yīng)用程序線程在初始化期間或運行時創(chuàng)建。應(yīng)用程序中應(yīng)用程序計時器的數(shù)量沒有限制。

2.1.6 運行時應(yīng)用程序計時器性能信息

ThreadX 提供可選的運行時應(yīng)用程序計時器性能信息。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 會累積以下信息。

整個系統(tǒng)的總數(shù)：

激活數(shù)

停用數(shù)

重新激活（定期計時器）

expirations

過期調(diào)整數(shù)

每個應(yīng)用程序計時器的總數(shù)：

激活數(shù)

停用數(shù)

重新激活（定期計時器）

expirations

過期調(diào)整數(shù)

此信息在運行時通過 tx_timer_performance_info_get 和 tx_timer_performance_system_info_get 服務(wù)提供。應(yīng)用程序計時器性能信息在確定應(yīng)用程序是否正常運行時非常有用。此信息對于優(yōu)化應(yīng)用程序也很有用。

2.1.7 應(yīng)用程序計時器控制塊 TX_TIMER

每個應(yīng)用程序計時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)用程序計時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 計時器過多

默認情況下，應(yīng)用程序計時器在優(yōu)先級為 0 時運行的隱藏系統(tǒng)線程中執(zhí)行，該線程的優(yōu)先級通常比任何應(yīng)用程序線程都高。因此，在應(yīng)用程序計時器內(nèi)進行處理應(yīng)保持最小值。

如果可能，還應(yīng)盡可能避免使用在每個時鐘周期過期的計時器。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)用程序計時器在隱藏的系統(tǒng)線程中執(zhí)行。因此，請不要在應(yīng)用程序計時器的過期函數(shù)內(nèi)執(zhí)行任何 ThreadX 服務(wù)調(diào)用時選擇掛起。

2.1.9 相對時間

除了前面所述的應(yīng)用程序計時器，ThreadX 還提供單個連續(xù)遞增的 32 位時鐘周期計數(shù)器。每次發(fā)生計時器中斷時，時鐘周期計數(shù)器或時間就會加一。

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 位計數(shù)器。此時鐘周期計數(shù)器的使用完全由應(yīng)用程序確定。ThreadX 不在內(nèi)部使用此計時器。

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

tx_timer_create 創(chuàng)建應(yīng)用程序計時器

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)用程序計時器。

參數(shù)

timer_ptr：

指向計時器控制塊的指針。

name_ptr：

指向計時器名稱的指針。

expiration_function：

在計時器過期時要調(diào)用的應(yīng)用程序函數(shù)。

expiration_input：

在計時器過期時要傳遞到過期函數(shù)的輸入。

initial_ticks：

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

reschedule_ticks：

指定第一個計時器過期后所有計時器過期的時鐘周期數(shù)。如果此參數(shù)為 0，則計時器是一次性的。否則，對于周期性計時器，合法值的范圍為 1 至 0xFFFFFFFF。

備注

一次性計時器過期后，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)建期間是否自動激活計時器。如果此值為 TX_AUTO_ACTIVATE (0x01)，則激活計時器。否則，如果選擇了值 TX_NO_ACTIVATE (0x00)，則所創(chuàng)建的計時器處于非活動狀態(tài)。在這種情況下，隨后需要調(diào)用 tx_timer_activate 服務(wù)來實際啟動計時器。

返回值

TX_SUCCESS：

(0X00) 成功創(chuàng)建應(yīng)用程序計時器。

TX_TIMER_ERROR：

(0X15) 應(yīng)用程序計時器指針無效。指針為 NULL 或已創(chuàng)建計時器。

TX_TICK_ERROR：

(0x16) 為初始時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到工程項目中。

3ThreadX的定時器組應(yīng)用

3.1 代碼實現(xiàn)

下載調(diào)試默認會運行到main()函數(shù)，如下為全部實現(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

運行程序，板載LED1閃爍，表示當(dāng)前系統(tǒng)正在運行。

觀察LED2間隔1s閃爍。

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

4小結(jié)

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

審核編輯：湯梓紅