RT-Thread实时操作系统内核、驱动和应用开发技术最新章节_郑苗秀著

1.2 RT-Thread的开发基础

近年来，物联网（Internet of Things，IoT）的应用得到普及，物联网市场发展迅猛，嵌入式设备的联网已成大势所趋。终端联网使软件复杂性大幅增加，传统的RTOS内核越来越难以满足市场需求。在这种情况下，物联网操作系统（IoT OS）的概念应运而生。物联网操作系统是指以操作系统内核（可以是RTOS、Linux等）为基础，包括诸如文件系统、图形库等较为完整的中间件，具备低功耗、安全、通信协议栈和云端连接能力的软件平台。RT-Thread就是一个IoT OS。

本书实例的开发环境为：PC的处理器为2 GHz的Pentium双核处理器、内存大小为4 GB、操作系统为64位的Windows7及以上版本，开发软件为RT-Thread Studio开发软件，硬件开发平台为嵌入式原型机ZI-ARMEmbed。

1.2.1 原理分析

本节的要求如下：

➲ 学习RT-Thread的基础知识。

➲ 了解RT-Thread的架构。

➲ 掌握RT-Thread的基本开发方法。

1.2.1.1 RT-Thread的架构

RT-Thread与其他RTOS（如FreeRTOS、μC/OS）的主要区别之一是，它不仅是一个实时的嵌入式操作系统，还具备丰富的中间件，其架构如图1.3所示。

图1.3 RT-Thread的架构

RT-Thread主要包括以下部分：

（1）内核层：RT-Thread内核是内核层的核心部分，包括内核系统中对象的实现，如多线程及其调度、信号量、邮箱、消息队列、内存管理、定时器等；libcpu/BSP（芯片移植相关文件/板级支持包）与硬件密切相关，由外设驱动程序和CPU移植代码构成。

（2）组件和服务层：组件是基于RT-Thread内核之上的软件，如虚拟文件系统（DFS）、FinSH控制台、网络框架、设备框架等。RT-Thread采用模块化设计，实现了组件内部的高内聚、组件之间的低耦合。

（3）软件包：运行在RT-Thread内核之上，主要包括面向不同应用领域的通用软件（通常由描述信息、源代码或库文件组成）。RT-Thread提供了开放的软件包，软件包中存放的是RT-Thread官方或开发者提供的软件，为用户提供了众多可重用的软件，是RT-Thread生态的重要组成部分。

1.2.1.2 RT-Thread的硬件开发平台

1）ZI-ARMEmbed

本书使用的嵌入式原型机是ZI-ARMEmbed。ZI-ARMEmbed是中智讯（武汉）科技有限公司推出的RT-Thread原型机，获得了RT-Thread官方（上海睿赛德电子科技有限公司）的认证。ZI-ARMEmbed实物如图1.4所示，该原型机采用的是STM32F407微控制器（基于ARM Cortex-M4内核）。

图1.4 ZI-ARMEmbed实物

ZI-ARMEmbed的部分模块或传感器如表1.1所示。

表1.1 ZI-ARMEmbed的部分模块或传感器

续表

2）STM32系列微控制器

ZI-ARMEmbed采用的微控制器是STM32F407，属于STM32系列微控制器。STM32系列微控制器的型号、内核和特点如表1.2所示。

表1.2 STM32系列微控制器的型号、内核和特点

1.2.1.3 ZI-ARMEmbed的连接

1）ARM仿真器的连接

通过ARM调试接口可以连接ARM仿真器与ZI-ARMEmbed，如图1.5所示。

2）串口的连接

（1）使用MiniUSB线可以连接ZI-ARMEmbed与PC。串口连接如图1.6所示。

图1.5 ARM仿真器与ZI-ARMEmbed的连接

图1.6 串口连接

（2）右键单击“我的电脑”，在弹出的右键菜单中选择“管理”可进入“计算机管理”界面。

（3）单击“设备管理器”，找到“端口（COM和LPT）”，查看串口的端口号。例如，COM5（每台计算机的端口号可能不一样）。若没有找到端口则有两种可能：第一种是没有按照实验要求使用MiniUSB线连接硬件与PC（重新检查连接即可）；另一种是没有安装串口驱动（串口在第一次使用时需要安装驱动程序，只需要根据相应提示即可安装驱动程序）。串口驱动程序分为CP210x_Drivers.zip或者CH340_Drivers.zip，用户可根据实际的硬件来选择不同的驱动程序。

情况1：安装CP210x_Drivers.zip的结果如图1.7所示。

图1.7 安装CP210x_Drivers.zip的结果

情况2：安装CH340_Drivers.zip的结果如图1.8所示。

图1.8 安装CH340_Drivers.zip的结果

1.2.1.4 串口工具MobaXterm

1）串口设置

（1）安装MobaXterm。双击MobaXterm.exe文件（见图1.9）即可安装MobaXterm。

图1.9 MobaXterm.exe文件

（2）启动MobaXterm后单击“Session”可打开“Session settings”对话框，在该对话框中单击“Serial”按钮，在“Serial port”中选择对应的端口号（本书选择COM5，不同的计算机可能不一样）。将串口的波特率（Speed）、数据位（Data bits）、停止位（Stop bits）、校验位（Parity）、流控制（Flow control）分别设置为“115200”“8”“1”“None”“None”，设置完成之后单击“OK”按钮即可。串口设置如图1.10所示。

图1.10 串口设置

2）串口使用

（1）为ZI-ARMEmbed上电。

（2）进入FinSH控制台（见图1.11）后，在MobaXterm的串口终端可以看到启动消息。

图1.11 FinSH控制台

1.2.1.5 烧写工具J-Flash ARM

1）J-Flash ARM的安装

烧写工具J-Flash ARM可将hex文件烧写到ARM内核的单片机（如STM32F407）中。双击安装包文件，即可默认安装该工具。特别说明：在安装J-Flash ARM时，如果已经安装了IAR for ARM等其他烧写工具，会弹出如图1.12所示的提示框。

图1.12 安装了其他烧写工具的提示框

该提示框提示用户是否换掉IAR for ARM安装路径下的JLinkARM.dll文件。单击“Select All”按钮，勾选“IAR Embedded Workbench for ARM（DLL V4.62 in“D：\install\IAR\ARM\bin”）”选项后，单击“OK”按钮即可按照安装向导来完成J-Flash ARM的安装。

2）J-Flash ARM的设置

（1）安装J-Flash ARM后，单击开始菜单栏中“SEGGER”下的J-Flash ARM软件，即可启动J-Flash ARM。

（2）在J-Flash ARM界面中，用户可根据实际的硬件需要进行设置。选择“Options”→“Project settings”可进入“Project settings”界面，如图1.13所示。