概述

本實驗基于LiteOS Studio 工具進行物聯網終端的開發，使用LiteOS操作系統進行物聯網開發板的控制。實驗主要目的：

• 掌握LiteOS Studio的使用
• 掌握LiteOS操作系統任務的使用
• 掌握LiteOS操作系統內存管理的使用
• 掌握LiteOS操作系統互斥量和信號量使用
• 熟悉LCD屏幕的使用 （在實驗4中）
• 熟悉開發板的LED和按鍵使用 （在實驗4中）
• OSAL接口使用
• CMSIS接口使用（CMSIS任務和消息隊列接口使用等）

@History
在進行本實驗前，請先閱讀 #<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 LiteOS Studio + GCC + JLink>#，文中較詳細的介紹了LiteOS Studio的搭建和使用方法，文中我們也提及了LiteOS工程（LiteOS_Lab_HCIP），但沒有使用它，而是直接使用了BearPi-IoT_Std_LiteOS 源碼。為了貼合實驗指導書的步驟，我們在這里選用 LiteOS_Lab_HCIP源碼。

在寫本文前，我已經嘗試了不同形式的物聯網開發IDE，分別如下幾篇文章中：
#<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 LiteOS Studio + GCC + JLink>#
#<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 VSCode + IoT Link 插件>#
#<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 VSCode + GitBash + GCC工具>#

如果主要目標是為了完成HCIP-IOT實驗，我是建議選用指導書中指定的LiteOS Studio開發環境，不僅是因為貼合指導書中的步驟，減少不必要的麻煩。華為云IoTDA中提及的VSCode + IoT Link 模式，由于要使用低版本的VSCode，讓人很不爽，配置和調試操作都體驗不咋地。相比較而言，LiteOS Studio 雖然是基于VSCode的，但其與你已經安裝的VSCode不會產生環境變量或軟件安裝層次的沖突，算是優勢吧。

HelloWorld 工程

請參見 #<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 LiteOS Studio + GCC + JLink># 完成此部分實驗。

C/C++配置

c_cpp_properties.json 是 VSCode 中 C/C++ 擴展的核心配置文件，主要用于配置代碼分析和開發環境，確保 IntelliSense（智能代碼補全、錯誤檢查等）能夠準確理解項目結構和編譯器行，需要作出如下修改，

編譯器主配置

關于目標板卡配置、組件配置、編譯器，參見前文提到的 #<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 LiteOS Studio + GCC + JLink>#，不再贅述。編譯器配置下的Makefile腳本選擇H:\HuaWeiYun\LiteOS_Lab_HCIP\targets\STM32L431_BearPi\GCC下的Makefile文件。

Makefile腳本

這塊在HCIP-IoT實驗手冊中并沒有提及。Makefile(腳本)最終編譯哪個示例工程，是由LiteOS_Lab_HCIP\targets\STM32L431_BearPi.config文件決定的。

最簡單的改變該文件的方法是，從\Demos各示例程序文件夾下拷貝defaults.sdkconfig全部內容，當然，也可以借助menuconfig和genconfig生成，那就稍微復雜些了，可以參考本專欄下其他文章。

燒錄器主配置

燒錄器、調試器配置，參見前文提到的 #<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 VSCode + IoT Link 插件>#，采用ST-Link+OpenOCD模式。燒錄文件要編譯成功后才有哦。但還是建議使用JLink模式。

但還是建議使用JLink模式。這一節使用ST-Link+OpenOCD，體驗很差勁。

運行結果

小熊派開發板的這個串口，感覺不太頂用，我就拔插過兩三次，感覺就有接觸不良的情況偶發啦。

程序調用棧

LiteOS_Lab_HCIP\targets\STM32L431_BearPi\Src\main.c

int main(void)
{UINT32 uwRet = LOS_OK;HardWare_Init();uwRet = LOS_KernelInit();if (uwRet != LOS_OK)  {return LOS_NOK;}extern void shell_uart_init(int baud);shell_uart_init(115200);link_test();  //第一步(void)LOS_Start();return 0;
}static int link_test() {int ret = -1;UINT32 uwRet = LOS_OK;UINT32  handle;TSK_INIT_PARAM_S task_init_param;memset (&task_init_param, 0, sizeof (TSK_INIT_PARAM_S));task_init_param.uwArg = (unsigned int)NULL;task_init_param.usTaskPrio = 2;task_init_param.pcName =(char *) "link_main";task_init_param.pfnTaskEntry = (TSK_ENTRY_FUNC)link_main; //第二步task_init_param.uwStackSize = 0x1000;uwRet = LOS_TaskCreate(&handle, &task_init_param);if(LOS_OK == uwRet){ret = 0;}return ret;
}

LiteOS_Lab_HCIP\iot_link\link_main.c

int link_main(void *args) {...
#ifdef CONFIG_LINKDEMO_ENABLEextern int standard_app_demo_main(void);(void) standard_app_demo_main();   //第三步
#endif...
}

LiteOS_Lab_HCIP\targets\STM32L431_BearPi\Demos\hello_world_demo\hello_world_demo.c

//任務入口函數
static int app_hello_world_entry()   {while (1)    {printf("Hello World! This is BearPi!\r\n");osal_task_sleep(4*1000);}
}//第四步
int standard_app_demo_main()  {osal_task_create("helloworld",app_hello_world_entry,NULL,0x400,NULL,2);return 0;
}

任務管理實驗

新添加任務入口函數并創建任務

void *task1 = NULL, *task2 = NULL; int num = 0;
//添加任務2
static int hcip_iot_task(void) {while (1)    {printf("This is task2!\r\n");#if 1if (num == 3) {osal_task_kill(task1);}#endifosal_task_sleep(4*1000);}
}//宏控制的本項目下的任務創建接口/每個示例下該函數聲明相同
int standard_app_demo_main() {task1 = osal_task_create("helloworld",app_hello_world_entry,NULL,0x400,NULL,2);//新創建任務task2 = osal_task_create("task2",hcip_iot_task,NULL,0x400,NULL,2);return 0;
}

實驗結果

任務添加測試， 兩個任務同時運行，

如上，任務1和任務2同時執行，同時打印輸出。

任務刪除測試，

如上，任務1被關閉后，周任務2在執行。

幾個注意事項：
1、在編譯或重新編譯前前，要先關閉串口，否則可能使得IDE卡主，不能執行編譯過程，必須得重啟軟件。
2、在燒錄器配置燒錄.hex文件時，遇到過顯示燒錄成功（且復位過）但是不生效的情況，可以多嘗試幾次或配置燒錄.bin文件。

osal 系統適配層

在這里我們簡單看看osal適配層的實現方法，后期我們會單獨講解。

個人覺得osal與cmsis有些類似，在上述os目錄下，osal和linux/ucos_ii等系統目錄平級，cmsis目錄在liteos之下，如下圖，

OSAL定義統一的系統調用接口（如線程管理、通信），使應用無需關注底層內核（如LiteOS與Linux的差異）。例如，鴻蒙通過OSAL層兼容Linux與LiteOS內核。 CMSIS 為Cortex處理器提供標準外設訪問API（如寄存器映射）及RTOS接口（CMSIS-RTOS2），確保代碼可跨RTOS（如FreeRTOS、RTX5）復用。

osal_task_create

//osal 操作系統適配層函數
void* osal_task_create(const char *name,int (*task_entry)(void *args), void *args,int stack_size,void *stack,int prior) {void *ret = NULL;if((NULL != s_os_cb) &&(NULL != s_os_cb->ops) &&(NULL != s_os_cb->ops->task_create)) {ret = s_os_cb->ops->task_create(name, task_entry,args,stack_size,stack,prior);}return ret;
}

osal_task_create 函數調用堆棧分析，

其他實驗

互斥鎖、內存管理、信號量實驗，統一參見如下代碼。

實驗源碼

#define SWITCH_TEST_HELLO  0
#define SWITCH_TEST_TASK   0
#define SWITCH_TEST_MUTEX  1
#define SWITCH_TEST_MEM    0
#define SWITCH_TEST_SEMP   0//任務句柄
void *task1 = NULL, *task2 = NULL; int num = 0;#if SWITCH_TEST_MUTEX
//需要保護的公共資源
uint32_t public_value = 0;
//互斥鎖
osal_mutex_t public_value_mutex;
#endif
//信號量實驗
osal_semp_t sync_semp = NULL;#if SWITCH_TEST_HELLO
static int app_hello_world_entry()
{while (1){printf("Hello World! This is BearPi!\r\n");osal_task_sleep(4*1000);}
}
#endif#if SWITCH_TEST_TASK
static int hcip_iot_task(void) {while (1)    {printf("This is task2, num:%d \r\n", ++num);#if 1if (num == 3) {osal_task_kill(task1);}#endifosal_task_sleep(4*1000);}
}
#endif#if SWITCH_TEST_MUTEX
//互斥鎖/任務1入口
static int mutex_task1_entry() {while (1) {if (true == osal_mutex_lock(public_value_mutex)) {printf("task1: lock a mutex.\r\n");public_value += 10;printf("task1: public_value = %ld.\r\n", public_value);printf("task1: sleep...\r\n");osal_task_sleep(10); //msprintf("task1: continue...\r\n");printf("task1: unlock a mutex.\r\n");osal_mutex_unlock(public_value_mutex);if (public_value > 60) break; } //if} //whilereturn 0;
}//互斥鎖/任務2入口
static int mutex_task2_entry() {while (1) {if (true == osal_mutex_lock(public_value_mutex)) {printf("task2: lock a mutex.\r\n");public_value += 5;printf("task2: public_value = %ld.\r\n", public_value);printf("task2: unlock a mutex.\r\n");osal_mutex_unlock(public_value_mutex);if (public_value > 50) break; #if 0  //task2 not sleeposal_task_sleep(10); //ms#endif} //if} //whilereturn 0;
}
#endif#if SWITCH_TEST_MEM
//內存管理實驗/任務1
static int mem_access_task_entry() {uint32_t i = 0;          //for looksize_t mem_size = 0;     //uint8_t *mem_ptr = NULL; //內存塊指針//loopwhile (1) {//每次循環申請的塊大小擴一倍mem_size = 1 << i++;//執行申請操作mem_ptr = osal_malloc(mem_size);//successif (NULL != mem_ptr) {printf("access %d bytes memory success!\r\n", mem_size);osal_free(mem_ptr);mem_ptr = NULL;printf("free memory success!\r\n");}else {printf("access %d bytes memory failed!\r\n", mem_size);return 0;}}return 0;
}
#endif//信號量實驗
#if SWITCH_TEST_SEMP
//信號量實驗/任務1
static int semp_task1_entry() {printf("task1: post a semp.\r\n");osal_semp_post(sync_semp);printf("task1: end.\r\n");
}//信號量實驗/任務1
static int semp_task2_entry() {printf("task2: watting for a semp...\r\n");osal_semp_pend(sync_semp);printf("task2: access a semp.\r\n");
}
#endif//示例初始化函數
int standard_app_demo_main() {
//原HelloWorld
#if SWITCH_TEST_HELLOosal_task_create("helloworld",app_hello_world_entry,NULL,0x400,NULL,2);
#endif//互斥鎖實驗
#if SWITCH_TEST_MUTEX//創建互斥鎖osal_mutex_create(&public_value_mutex);//創建任務 //const char *name,int (*task_entry)(void *args), void *args,int stack_size,void *stack,int priortask1 = osal_task_create("mutex_task1", mutex_task1_entry, NULL, 0x400, NULL, 12);//創建任務 //const char *name,int (*task_entry)(void *args), void *args,int stack_size,void *stack,int priortask2 = osal_task_create("mutex_task2", mutex_task2_entry, NULL, 0x400, NULL, 11);
#endif//內存實驗
#if SWITCH_TEST_MEM//創建任務task2 = osal_task_create("mem_task", mem_access_task_entry, NULL, 0x400, NULL, 11);
#endif//信號量實驗
#if SWITCH_TEST_SEMP//創建信號量 /數量1初始值0osal_semp_create(&sync_semp, 1, 0);//任務1優先級低，負責釋放信號量task1 = osal_task_create("semp_task1", semp_task1_entry, NULL, 0x400, NULL, 12);//任務2優先級高，先進入等待/申請信號量的狀態task2 = osal_task_create("semp_task2", semp_task2_entry, NULL, 0x400, NULL, 11);
#endifreturn 0;
}

內存管理實驗

互斥鎖實驗

如上實驗結果，如果高優先級的任務不睡眠，則低優先級任務必要要等到高優先級任務退出后才有機會執行。

信號量實驗

這里，semp_task2_entry優先級高，會先執行，進入pend等待信號量狀態，函數會使得當前任務進入阻塞狀態，從而讓出 CPU 資源給其他任務使用，如這里優先級稍低的semp_task1_entry任務。待task1釋放信號量后，task2被喚醒繼續執行。

CMISIS接口實驗

與FreeRTOS一樣，LiteOS也支持CMSIS，這簡直是福利。在以下目錄 LiteOS_Lab_HCIP\iot_link\os\liteos\cmsis

還是得JlINK

前面幾個小實驗，純粹是為了體驗OpenOCD模式，但真的很難用啊。在進行CMSIS實驗時，哈哈也不知道是咋鼓搗的，基于STLink+OpenOCD的調試環境，它之間罷工了。在配置文件、OpenOCD版本等方向嘗試修復無果。

于是乎，我又乖乖的將板載的STLink刷成了JLink，該過程參考 #<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 LiteOS Studio + GCC + JLink># 文章。這個二次燒錄Jlink固件的過程，也很崎嶇…
1、在 #<IDE/IoT/搭建物聯網(LiteOS)集成開發環境，基于 VSCode + IoT Link 插件>#文中，提到了使用 STLinkReflash 將JLink 刷回 STLink 也不順利。
2、在第一步中，通過STM32 ST-LINK Utility升級了調試器固件。
3、在上述兩步基礎上，再嘗試使用 STLinkReflash 將STLink刷成JLink是失敗的。后來，我重新安裝了 STlink驅動、更換了usb接口、重啟過電腦，等一系列組合拳下來，竟然成功啦。哈哈，不想再嘗試了。就按照Studio官方建議，這么用吧。
4、J-Link 固件內置 J-Link GDB Server，可直接與調試工具（如 LiteOS Studio 的 GDB 客戶端）通信，無需中間層協議轉換。這種直接集成減少了調試鏈路的復雜性，提高運行效率。刷寫后的 ST-Link（J-Link OB）可實現高達 1.8MHz 的下載速率，顯著快于 OpenOCD + ST-Link 的組合。ST-Link沒有內置GDB服務，因此要借助外部的openocd.exe做GDB服務器。

CMSIS 簡介

隨著 32 位處理器在嵌入式市場需求量逐漸增多，各家芯片公司推出新型芯片，伴隨而
來的是開發工具、軟件兼容以及代碼移植等問題。在這種情況下，各個硬件平臺的供應商都
尋求易于使用且高效的解決方案，其中，ARM 與 Atmel、IAR、KEIL、SEGGER 和 ST 等諸
多芯片和軟件工具廠商合作，發布了一套 CMSIS 標準。
CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Standard），即 ARM Cortex 微控制器軟
件接口標準。CMSIS 標準提供了內核和外圍設備、實時操作系統和中間組件之間的通用 API
接口，從而簡化了軟件的重復使用，縮短了微控制器開發人員的學習時間，并縮短了新設備
的上市時間。下圖是 ARM 公司的 CMSIS 標準結構框圖：

其中，CMSIS-CORE 層定義了 Cortex-M 以及 Cortex-A 處理器（Cortex-A5/A7/A9）內核
和外圍設備的標準化 API。CMSIS-Pack 層包含了 CMSIS-Driver 驅動框架、CMSIS-DSP 相關
庫、CMSIS-RTOS 操作系統 API、中間件 API 和 Peripheral HAL 層 API 等。根據 CMSIS 的標準，ARM 公司整合并提供了 CMSIS 軟件包模板。基于 ARM 提供的 CMSIS 軟件包模板，ST 官方結合自己芯片的差異進行了修改，并將其整合到了 STM32Cube 固件包中的 CMSIS 文件夾里。

LiteOS->CMSIS

除了ST的HAL支持外，LiteOS也要提供支持，以osThreadNew為例，

//cmsis_liteos2.c /定義在cmsis_os2.h中
osThreadId_t osThreadNew (osThreadFunc_t func, void *argument, const osThreadAttr_t *attr) {...uwRet = LOS_TaskCreate(&uwTid, &stTskInitParam);...
}

上述 LOS_TaskCreate 實現在 LiteOS_Lab_HCIP\iot_link\os\liteos\base\core 內核中。在osal層的任務創建函數 osal_task_create，其最后也要調用上述 LOS_TaskCreate 內核實現。 該函數的實現，我們不再深入。

任務間消息交互

#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>
#include <osal.h>
#include <cmsis_os.h> //CMSIS_OS_VER==2#define SWITCH_TEST_HELLO  0
#define SWITCH_TEST_TASK   0
#define SWITCH_TEST_MUTEX  0
#define SWITCH_TEST_MEM    0
#define SWITCH_TEST_SEMP   0
#define SWITCH_TEST_CMSIS  1//cmsis接口
#if SWITCH_TEST_CMSIS
//消息隊列句柄 /void*
osMessageQueueId_t cmsis_queue;
//消息隊列消息
typedef struct cmsis_msg {int a;int b;
} TMsg;///typedef void (*osThreadFunc_t) (void *argument);
//任務1 /發送消息 
static void cmsis_task1_entry(void *argument) {TMsg tMsg = {0, 0};while (1) {//tMsg.a += 1;tMsg.b += 2;//(osMessageQueueId_t mq_id, const void *msg_ptr, uint8_t msg_prio, uint32_t timeout)osMessageQueuePut(cmsis_queue, &tMsg, 0, 10);//打印發送的消息printf("Send Msg a:%d b:%d\r\n", tMsg.a, tMsg.b);//睡眠osal_task_sleep(1*1000);//任務退出if (tMsg.a > 100) break;}
}///typedef void (*osThreadFunc_t) (void *argument);
//任務2 /接收消息
static void cmsis_task2_entry(void *argument) {TMsg tMsg; uint8_t msg_prio = 0;while (1) {//osStatus_t osMessageQueueGet (osMessageQueueId_t mq_id, void *msg_ptr, uint8_t *msg_prio, uint32_t timeout)osMessageQueueGet(cmsis_queue, (void*)&tMsg, &msg_prio, osWaitForever);//打印收到的消息printf("Recv Msg a:%d b:%d\r\n", tMsg.a, tMsg.b);}
}
#endifint standard_app_demo_main() {
//cmsis接口
#if SWITCH_TEST_CMSIS//創建消息隊列/osMessageQueueId_t osMessageQueueNew (uint32_t msg_count, uint32_t msg_size, const osMessageQueueAttr_t *attr);cmsis_queue = osMessageQueueNew (5, sizeof(TMsg), NULL);const osThreadAttr_t thread_attr1 = {.name = "MyThread1",         // 線程名稱（調試用）.stack_size = 1024,         // 棧大小（字節）.priority = osPriorityAboveNormal5  };const osThreadAttr_t thread_attr2 = {.name = "MyThread2",         // 線程名稱（調試用）.stack_size = 1024,         // 棧大小（字節）.priority = osPriorityAboveNormal5};//任務1/發送消息 /osThreadId_t osThreadNew (osThreadFunc_t func, void *argument, const osThreadAttr_t *attr)osThreadId_t thread1 = osThreadNew (cmsis_task1_entry, NULL, &thread_attr1); //任務2接收消息 /osThreadId_t osThreadNew (osThreadFunc_t func, void *argument, const osThreadAttr_t *attr)osThreadId_t thread2 = osThreadNew (cmsis_task2_entry, NULL, &thread_attr2);//printf("Hello cmsis!\r\n");
#endifreturn 0;
}

執行結果

其他

怎么說呢？挺不順的，一定要有耐心。