NBDK-L4：LiteOS实验教程
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1 教程介绍
经过NBDK-L4基础实验部分的学习，大家应该已经能够熟练的使用STM32Cube生成工程，并且掌握工程各部分文件的功能，完成个人需求的开发。在开发的过程中，我们不难发现，所有的功能都需要在main()函数中去配置工作，这样的工作方式很明显不能适用于较复杂的功能开发，所以我们需要引入OS操作系统，以此来方便我们的开发。本章节我们将给大家带来华为LiteOS操作系统的使用和讲解。
对于LiteOS的学习和使用，我们主要分为三个步骤：
1.了解LiteOS
在华为的IOT开发者专区中，有专门对于LiteOS的讲解，大家可以通过如下的链接前往查看
华为IOT开发者专区：https://developer.huaweicloud.com/iot
华为LiteOS源码及说明：https://github.com/LiteOS/LiteOS
2.如何在Cube生成的工程中移植LiteOS
在华为LiteOS源码及说明的链接中，有给大家说明如何移植华为LiteOS。
因为LiteOS是持续更新的，所以移植起来不是特别方便（目录架构总在变），我们建议大家可以先略过这一步骤，直接使用我们移植好的工程去进行需求开发。
3.如何使用LiteOS开发我们的功能
这一部分是我们LiteOS实验的主体部分，请大家跟随我们的实验一起学习。
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Huawei LiteOS是华为面向物联网领域开发的一个基于实时内核的轻量级操作系统。本项目属于华为物联网操作系统Huawei LiteOS源码，现有基础内核支持任务管理、内存管理、时间管理、通信机制、中断管理、队列管理、事件管理、定时器等操作系统基础组件，更好地支持低功耗场景，支持tickless机制，支持定时器对齐。
同时提供端云协同能力，集成了LwM2M、CoAP、mbedtls、LwIP全套IoT互联协议栈，且在LwM2M的基础上，提供了AgentTiny模块，用户只需关注自身的应用，而不必关注LwM2M实现细节，直接使用AgentTiny封装的接口即可简单快速实现与云平台安全可靠的连接。 Huawei LiteOS自开源社区发布以来，围绕NB-IoT物联网市场从技术、生态、解决方案、商用支持等多维度使能合作伙伴，构建开源的物联网生态,目前已经聚合了30+ MCU和解决方案合作伙伴，共同推出一批开源开发套件和行业解决方案，帮助众多行业客户快速的推出物联网终端和服务，客户涵盖抄表、停车、路灯、环保、共享单车、物流等众多行业，为开发者提供 “一站式” 完整软件平台，有效降低开发门槛、缩短开发周期。 |
1.1 工程简介
1.2 工程目录简介
大家打开任意一个LiteOS例程，都会看到如下的4个目录（Drivers、LiteOS、MDK-ARM、Src）及clean.bat文件。
其中clean.bat是用于清除工程编译生成的中间文件。例如我们想拷贝一个编译过的工程，工程有200M左右大小，我们点击clean.bat清除一下编译生成的中间文件，则工程大概会缩小到100M左右，此时工程只剩下了库文件、用户文件，以及编译生成的hex文件。
从上图可以看到，四个主目录下分别包含的一些文件，这边给大家简单的介绍一下这边文件大概的功能。
Drivers：
STM32驱动文件目录，也就是大家常说的hal库，里面包含了hal（硬件抽象层）相关的文件。
主要就是有RCC时钟、Flash内存，以及大家常用的外设（例如uart、spi、adc等等）的一些库文件。
LiteOS：
华为LiteOS操作系统目录，里面包含了两个目录：arch、kernel。
这两个目录就是我们移植到STM32cube工程中的LiteOS相关文件。
MDK-ARM：
工程目录，主要是两个工程文件“.uvoptx”以及".uvprojx"（keil打开的是这个）。剩下的文件比较重要的是Output目录下编译生成的“.hex”文件。
Src：
用户文件，用户自己开发的一些驱动文件（外设驱动等等），以及main文件所在的目录。
1.3 实验01-TFT显示屏
LiteOS的第一个实验，我们给大家带来的是LCD图形化显示实验。至于我们为什么要首先讲解LCD相关的例程，而不是最简单的LED控制实验，主要目的有三个：
1.大家了解了LCD例程之后，对于后面的其他实验，可以使用LCD显示一些调试信息，这样便利于大家的开发。
2.我们会借由此例程，给大家讲解LiteOS例程在Keil5中的目录结构，以及我们开发者需要关注的重要文件及重要功能函数。
3.借由此例程，给大家展示keil5 options中的配置。
1.4 工程文件说明
这一章节我们给大家介绍一下，每个工程的Group目录以及其下包含的文件的功能。
| Group | file | 说明 |
|---|---|---|
| LiteOS/arch | arch目录取名来源于architecture（建筑结构），所包含的是硬件配置文件 | |
| los_dispatch_keil.c | keil中los的系统调度文件 | |
| los_hw.c | hardware硬件配置文件 | |
| los_hw_tick.c | hardware tick硬件系统tick文件 | |
| los_hwi.c | hardware interrupt硬件中断文件 | |
| LiteOS/kernel | los内核 | |
| cmsis_liteos.c | los提供的CMSIS接口 | |
| los_config.c | los配置文件，用于初始化并启动los | |
| los_priqueue.c | priority queue，los队列优先级处理 | |
| los_swtmr.c | software timer，los软件定时器 | |
| los_sys.c | 系统tick | |
| los_task.c | 用于创建和处理任务 | |
| los_tick.c | 仅包含了tick中断函数 | |
| los_timeslice.c | 时间片初始化和设置 | |
| los_event.c | 事件 | |
| los_mux.c | 互斥锁 | |
| los_queue.c | 队列 | |
| los_sem.c | 信号量 | |
| los_membox.c | 内存池初始化、分配、清除 | |
| los_memory.c | 内存节点申请、清理、优化处理 | |
| los_memstat.c | 内存状态 | |
| los_muitipledlinkhead.c | 多内存处理 | |
| los_misc.c | 包含了两个功能函数，字节对齐、当前任务休眠 | |
| Driver/STM32L4xx_hal_driver | 和硬件相关的HAL抽象层文件，主要是电源、flash、外设。HAL不清楚如何使用的，大家可以先看下基础实验部分。 | |
| Driver/CMSIS | Cortex-M 处理器系列的与供应商无关的硬件抽象层 | |
| system_stm32l4xx.c | STM32L4系列硬件抽象层文件 | |
| startup | 系统启动文件 | |
| los_startup_keil.s | los在keil中的启动项文件 | |
| Application/Display | TFT彩屏驱动，以及GUI图形界面驱动文件 | |
| gui.c | GUI图形界面文件 | |
| gui_dispstr.c | GUI字符串打印 | |
| gui_dispval.c | GUI值打印 | |
| gui_drawBitmap.c | GUI图形打印 | |
| gui_os.c | GUI操作系统任务 | |
| lcd.c | TFT驱动文件 | |
| bmp_keyio.c | 按键图形界面 | |
| bmp_logo.c | 谷雨logo图形界面 | |
| Font8x16.c | 描述8*16大小的常见英文字符 | |
| FontMethod.c | 定义英文字体的通用函数文件 | |
| FontZH16x16_simsun.c | 描述16*16大小的中文字符 | |
| FontZHMethod.c | 定义中文字体的通用函数文件 | |
| lcddrv_tft_130 | TFT屏驱动文件，1.3型号 | |
| lcddrv_tft_144 | TFT屏驱动文件，1.44型号 | |
| lcd_gpio.c | TFT屏BL、CD、CS引脚控制 | |
| lcd_hw_cfg.c | TFT屏硬件接口定义 | |
| lcd_spi.c | TFT屏SPI接口控制 | |
| Application/bsp | Board Support Package 板级支持包，结合STM32L4平台的外设驱动 | |
| los_bsp_adapter.c | LOS和STM32的适配文件 | |
| los_bsp_lcd.c | LCD驱动文件，结合STM32硬件 | |
| Application/task | 用户任务，用户个人创建的task | |
| Application/user | 用户文件，main函数、系统时钟、系统外设宏定义 | |
| stm32l4xx_it.c | STM32中断函数文件 | |
| sys_init.c | STM32系统时钟以及外设时钟定义文件 | |
| main.c | 用于初始化los并运行，并且初始化和定义用户任务 | |
1.5 实验验证
编译并下载此例程，由于涉及的库文件较多，编译将持续1min以上，请大家耐心等待。
下载完成后，可以看到TFT显示屏打印“LiteOS”、"01_los_lcd"字样。
1.6 源码详解
源码详解部分，第一个这个LCD部分，我们会按照基础实验部分的源码详解方式说明，后续的其他实验，我们仅讲解相对此例程新增的功能部分，所以请大家一定仔细阅读此例程说明。
1.6.1 stm32l4xx_hal_conf.h
此文件位于“实验01-TFT显示屏\Src\User”路径中，主要用途是选择使能此例程使用到的HAL库文件。
使用STM32，大家默认需要打开的几个宏定义，芯片使能、flash、电源、时钟、NVIC，这个也很好理解，就是让芯片工作的必要几点。
此例程我们给大家展示的是TFT显示屏，所以我们需要请打开驱动TFT工作的SPI、GPIO以及DMA三个宏。其他的外设例程也需要使能对应的宏，这个大家有使用的疑问，可以查找一下基础实验中的相应的外设例程。
103 // 使能的宏
104 #define HAL_MODULE_ENABLED // 芯片
105 #define HAL_FLASH_MODULE_ENABLED // Flash
106 #define HAL_PWR_MODULE_ENABLED // 电源
107 #define HAL_RCC_MODULE_ENABLED // 时钟
108 #define HAL_CORTEX_MODULE_ENABLED // NVIC
109
110 #define HAL_GPIO_MODULE_ENABLED // GPIO
111 #define HAL_DMA_MODULE_ENABLED // DMA
112 #define HAL_SPI_MODULE_ENABLED // SPI
1.6.2 sys_init.c
时钟初始化函数，用于配置我们模块运行的系统时钟、AHB高性能总线时钟、APB外设总线时钟以及单个外设的时钟。
主要包含了三个部分的初始化配置。
- 内部或者外部振荡器选择，也就是选择时钟信号的来源，是内部振荡，还是外部晶振。
- 时钟配置，选择系统、AHB总线及APB总线的时钟来源。
- 外设时钟配置，选择外设时钟来源。
为了给大家比较全面的展示各个时钟，我们振荡器选择HSI（内部16MHz高频）、HSE（外部8MHz高频）以及LSE（外部32.768KHz低频）三个。选择HSE作为PLL（锁相回路）时钟源，配置PLLCLK为80MHz。配置系统时钟SYSCLK、AHB高性能总线、APB外设总线（APB1及APB2）为80MHz。另外我们还分别配置了ADC、UART以及I2C的外设时钟。
基础实验中的其他例程，大部分都是使用的相同的时钟配置函数，有特殊的时钟使用，将会在对应例程的源码详解中做针对性说明。
41 //******************************************************************
42 // fn : SystemClock_Config
43 //
44 // brief : 系统时钟配置函数
45 //
46 // param : none
47 //
48 // return : none
49 void SystemClock_Config(void)
50 {
51 RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct; // 定义RCC内部/外部振荡器结构体
52 RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct; // 定义RCC系统，AHB和APB总线时钟配置结构体
53 RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit; // 定义RCC扩展时钟结构体
54
55 // 配置LSE驱动器功能为低驱动能力
56 __HAL_RCC_LSEDRIVE_CONFIG(RCC_LSEDRIVE_LOW);
57
58 // 初始化CPU，AHB和APB总线时钟
59 RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI|RCC_OSCILLATORTYPE_HSE
60 |RCC_OSCILLATORTYPE_LSE; // 设置需要配置的振荡器为HSI、HSE、LSE
61 // 配置HSE
62 RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 激活HSE时钟（开发板外部为8MHz）
63 // 配置LSE
64 RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_ON; // 激活LSE时钟（32.768KHz,低驱动）
65 // 配置HSI
66 RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON; // 激活HSI时钟
67 RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 16; // 配置HSI为16MHz
68 // 配置PLL
69 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; // 打开PLL
70 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; // 选择HSE时钟作为PLL入口时钟源，8MHz
71 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 1; // 配置PLL VCO输入分频为1，8/1 = 8MHz
72 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20; // 配置PLL VCO输入倍增为20，8MHz*20 = 160MHz
73 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV7; // SAI时钟7分频，160/7 = 22.857143MHz
74 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2; // SDMMC、RNG、USB时钟2分频，160/2 = 80MHz
75 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2; // 系统主时钟分区2分频，160/2 = 80MHz
76 // RCC时钟配置，出错则进入错误处理函数
77 if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
78 {
79 _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
80 }
81
82 // 初始化CPU，AHB和APB总线时钟
83 RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
84 |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; // 需要配置的时钟HCLK、SYSCLK、PCLK1、PCLK2
85 RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; // 配置系统时钟为PLLCLK输入，80MHz
86 RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; // AHB时钟为系统时钟1分频，80/1 = 80MHz
87 RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; // APB1时钟为系统时钟1分频，80/1 = 80MHz
88 RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; // APB2时钟为系统时钟1分频，80/1 = 80MHz
89 // RCC时钟配置，出错则进入错误处理函数
90 if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_4) != HAL_OK) // HCLK=80MHz，Vcore=3.3V，所以选择SW4（FLASH_LATENCY_4）
91 {
92 _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
93 }
94
95 // 初始化外设时钟
96 PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USART1|RCC_PERIPHCLK_USART2
97 |RCC_PERIPHCLK_LPUART1|RCC_PERIPHCLK_LPTIM1
98 |RCC_PERIPHCLK_I2C2|RCC_PERIPHCLK_ADC; // 需要初始化的外设时钟:USART1、USART2、LPUART1、LPTIM1、I2C2、ADC
99 PeriphClkInit.Usart1ClockSelection = RCC_USART1CLKSOURCE_PCLK2; // 配置串口USART1时钟为PCLK2，80MHz
100 PeriphClkInit.Usart2ClockSelection = RCC_USART2CLKSOURCE_PCLK1; // 配置串口USART2时钟为PCLK1，80MHz
101 PeriphClkInit.Lpuart1ClockSelection = RCC_LPUART1CLKSOURCE_HSI; // 配置LPUART时钟为HSI，16MHz
102 PeriphClkInit.I2c2ClockSelection = RCC_I2C2CLKSOURCE_PCLK1; // 配置I2C2时钟为PCLK1，80MHz
103 PeriphClkInit.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSE; // 配置LPTIM1时钟为LSE，32.768KHz
104 PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCCLKSOURCE_PLLSAI1; // 配置ADC时钟为PLLSAI1，现在为80MHz，下面会重新定义
105 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1Source = RCC_PLLSOURCE_HSE; // 配置PLLSAI1时钟为HSE，8MHz
106 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1M = 1; // 配置PLLSAI1分频为1
107 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1N = 8; // 配置PLLSAI1倍增为8
108 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1P = RCC_PLLP_DIV7; // SAI时钟7分频，64/7 = 9.142857MHz
109 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1Q = RCC_PLLQ_DIV2; // SDMMC、RNG、USB时钟2分频，64/2 = 32MHz
110 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1R = RCC_PLLR_DIV2; // 系统主时钟分区2分频，64/2 = 32MHz
111 PeriphClkInit.PLLSAI1.PLLSAI1ClockOut = RCC_PLLSAI1_ADC1CLK; // 配置PLLSAI1输出为ADC1时钟，也就是配置ADC1时钟，32MHz
112 // 外设时钟配置，出错则进入错误处理函数
113 if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
114 {
115 _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
116 }
117
118 // 配置内部主稳压器输出电压，配置为稳压器输出电压范围1模式，也就是：典型输出电压为1.2V，系统频率高达80MHz
119 if (HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1) != HAL_OK)
120 {
121 _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
122 }
123
124 // 配置系统定时器中断时间，配置为HCLK的千分频
125 HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000);
126
127 // 配置系统定时器，配置为HCLK
128 HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK);
129
130 // 系统定时器中断配置，设置系统定时器中断优先级最高（为0），且子优先级最高（为0）
131 HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
132 }
133
134
135 //******************************************************************
136 // fn : _Error_Handler
137 //
138 // brief : 错误处理程序
139 //
140 // param : none
141 //
142 // return : none
143 void _Error_Handler(char * file, int line)
144 {
145 // 暂时未处理任何事情，用户可用来添加自己的功能来报告HAL错误返回状态
146 while(1)
147 {
148 }
149 }
1.6.3 main.c
main.c文件中，我们只放置了3个函数，以后的所有例程也只有这3个函数，下面我们将简要说明各个函数的功能。
硬件初始化函数，顾名思义，就是我们初始化硬件驱动的函数，在这个实验中，我们初始化了LCD的驱动文件。
27 void HardWare_Init(void)
28 {
29 // 初始化LCD
30 BSP_EvbLcdInit();
31 }
LiteOS任务初始化函数，我们会在这个函数中初始化我们用户新建的task任务，在这个TFT实验中，我们没有独立的任务，仅仅初始化了GUI图形化界面。
41 void LosTask_Init(void)
42 {
43 // 初始化图形接口
44 GUI_Init();
45 GUI_DispString("LiteOS");
46 GUI_DispNextLine();
47 GUI_DispString("01_los_lcd");
48 }
main()函数中，我们首先初始化HAL和系统时钟，接着我们初始化了LiteOS内核，使能LiteOS系统tick中断，然后我们分别初始化了我们所使用的硬件驱动和los任务，最后我们开启运行los。
58 int main(void)
59 {
60 UINT32 uwRet;
61
62 // 初始化硬件
63 HAL_Init();
64 SystemClock_Config();
65
66 // 初始化LOS内核
67 uwRet = LOS_KernelInit();
68 if (uwRet != LOS_OK)
69 {
70 return LOS_NOK;
71 }
72
73 // 使能LOS系统tick中断
74 uwRet = LOS_EnableTick();
75 if (uwRet != LOS_OK)
76 {
77 return LOS_NOK;
78 }
79
80 // 初始化开发板硬件
81 HardWare_Init();
82
83 // 初始化用户任务
84 LosTask_Init();
85
86 // 运行LOS
87 (void)LOS_Start();
88 for(;;);
89 }
1.7 los_bsp_lcd.c及gui.c等
los_bsp_lcd.c等同于基础实验TFT显示屏中的gyu_spi.c文件，gui.c等与基础实验TFT显示屏中的相同。大家可以参考基础实验，这边不再赘述。
1.8 gui_os.c
gui_os.c文件，此文件将与具体的操作系统有关，在基础实验的Display和GUI中是没有的，所以这边给大家讲解一下。在不同的操作系统中，开发者要根据操作系统要求完成对GUI_Lock,GUI_Unlock,GUIOS_Init函数进行修改。开发者只要完成信号量Semaphore或临界区即可。
永久阻塞模式申请信号量，用于阻塞有关显示屏GUI打印的信号量。
32 void GUI_Lock(void)
33 {
34 /*永久阻塞模式申请信号量*/
35 LOS_SemPend(g_usDispSemID, LOS_WAIT_FOREVER);
36 }
释放信号量，用于释放有关显示屏GUI打印的信号量。
46 void GUI_Unlock(void)
47 {
48 /*释放信号量*/
49 LOS_SemPost(g_usDispSemID);
50 }
创建信号量，用于创建一个有关显示屏GUI打印的信号量。
59 void GUIOS_Init(void)
60 {
61 /*创建信号量*/
62 LOS_SemCreate(1,&g_usDispSemID);
63 }