在Linux下實現FreeRTOS的簡單模擬器

FreeRTOS的官方提供了一個在Linux下的Simulator的示例，但是用的Kernel的版本非常老，是V6的版本，FreeRTOS現在已經進化到V10了，作為一個標準碼農，不用最新版本簡直不舒服斯基 >_<。
先把官方示例下載下來，在官方示例中，有一個Debug和Release的目錄，在這兩個目錄下使用make all命令就可以直接編出來可執行文件在Linux下直接運行，當然，使用Eclipse直接打開對應的工程來編譯也是可以的。
更新Kernel

先創建一個文件夾Simulator_Linux，其下有三個目錄

FreeRTOS_Kernel
inc
src

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FreeRTOS_Kernel中保存內核代碼，inc和src保存APP的代碼，當然，可以按照自己的愛好自行調整目錄結構。

再去FreeRTOS官網下載最新的Kernel代碼，解壓後進入FreeRTOS\Source目錄。
按照官方的示例，將最新的代碼拷貝到FreeRTOS_Kernel目錄中。
include目錄中的頭文件不管三七二十一全拷貝過來即可（我懶，不想一個個去梳理>_<）。
.c文件只需要拷貝croutine.c, list.c, queue.c以及tasks.c即可。（croutine其實也可以不用拷貝，但是要做一些配置）
portable文件夾不從FreeRTOS\Source拷貝，而從simulator的示例中拷貝（\Posix_GCC_Simulator\FreeRTOS_Posix\FreeRTOS_Kernel）

退回到上層目錄，在將官方示例的simulator的根目錄下的FreeRTOSConfig.h拷貝到inc目錄下。
在src目錄下創建main.c文件，在其中定義一個空的main函數即可。

此時，我們就擁有了一個完整的Kernel的代碼，當然這個時候還是沒法編譯的，一來缺少makefile，二來portable的文件與最新的Kernel其實並不完全匹配。當然，APP的代碼也就是main函數的代碼也還是空的。
Makefile

參考官方示例的makefile，在根目錄下創建Makefile文件，同樣在子目錄下也包含兩個subdir.mk用來編譯需要的對應的.o，具體不再贅述：
Makefile:

RM := rm -rf

PROJ_ROOT  :=.
BUILD_TMP  :=$(PROJ_ROOT)/tmp
TARGET_INC := -I$(PROJ_ROOT)/inc \
              -I$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/include \
              -I$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/portable/GCC/Posix

-include subdir.mk
-include FreeRTOS_Kernel/subdir.mk

ifneq ($(MAKECMDGOALS),clean)
ifneq ($(strip $(C_DEPS)),)
-include $(C_DEPS)
endif
endif

all:simulator_linux.bin

simulator_linux.bin: $(OBJS)
    @echo 'Building target: $@'
    gcc -pthread -lrt -o"simulator_linux.bin" $(OBJS) $(LIBS)
    @echo 'Finished building target: $@'
    @echo ' '

clean:
    -$(RM) $(OBJS)$(C_DEPS)$(EXECUTABLES) simulator_linux.bin
    -@echo ' '

.PHONY: all clean dependents
.SECONDARY:

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subdir.mk:

C_SRCS += \
$(PROJ_ROOT)/src/main.c

OBJS += \
$(BUILD_TMP)/main.o

C_DEPS += \
$(BUILD_TMP)/main.d

# Each subdirectory must supply rules for building sources it contributes
$(BUILD_TMP)/%.o: $(PROJ_ROOT)/src/%.c
    @echo 'Building file: $<'
    gcc -DUSE_STDIO=1 -D__GCC_POSIX__=1 $(TARGET_INC) -O2 -Wall -c -fmessage-length=0 -pthread -lrt -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.d)" -o"$@" "$<"
    @echo 'Finished building: $<'
@echo ' '

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FreeRTOS_Kernel/subdir.mk

C_SRCS += \
$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/croutine.c \
$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/list.c \
$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/queue.c \
$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/tasks.c \
$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/portable/GCC/Posix/port.c \
$(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/portable/MemMang/heap_3.c

OBJS += \
$(BUILD_TMP)/croutine.o \
$(BUILD_TMP)/list.o \
$(BUILD_TMP)/queue.o \
$(BUILD_TMP)/tasks.o \
$(BUILD_TMP)/port.o \
$(BUILD_TMP)/heap_3.o

C_DEPS += \
$(BUILD_TMP)/croutine.d \
$(BUILD_TMP)/list.d \
$(BUILD_TMP)/queue.d \
$(BUILD_TMP)/tasks.d \
$(BUILD_TMP)/port.d \
$(BUILD_TMP)/heap_3.d

$(BUILD_TMP)/%.o: $(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/%.c
    @echo 'Building file: $<'
    gcc -DUSE_STDIO=1 -D__GCC_POSIX__=1 $(TARGET_INC) -O2 -Wall -c -fmessage-length=0 -pthread -lrt -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.d)" -o"$@" "$<"
    @echo 'Finished building: $<'
    @echo ' '

$(BUILD_TMP)/%.o: $(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/portable/GCC/Posix/%.c
    @echo 'Building file: $<'
    gcc -DUSE_STDIO=1 -D__GCC_POSIX__=1 $(TARGET_INC) -O2 -Wall -c -fmessage-length=0 -pthread -lrt -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.d)" -o"$@" "$<"
    @echo 'Finished building: $<'
    @echo ' '

$(BUILD_TMP)/%.o: $(PROJ_ROOT)/FreeRTOS_Kernel/portable/MemMang/%.c
    @echo 'Building file: $<'
    gcc -DUSE_STDIO=1 -D__GCC_POSIX__=1 $(TARGET_INC) -O2 -Wall -c -fmessage-length=0 -pthread -lrt -MMD -MP -MF"$(@:%.o=%.d)" -MT"$(@:%.o=%.d)" -o"$@" "$<"
    @echo 'Finished building: $<'
@echo ' '

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OK，編譯體系已經搞好。此時在根目錄下直接敲 make all 就應該可以進行編譯啦。
配置更新

此時直接make all會發現有一大堆錯誤，這是因為FreeRTOS的版本更新后一些結構體的名字發生了變化，在FreeRTOS.h中有一個兼容性的宏可以控制一部分的兼容性，但是因為版本跨度比較大， 我們依然需要在portmacro.h中做適當的適配：

/*-----------------------------------------------------------*/
typedef portSTACK_TYPE StackType_t;
typedef portBASE_TYPE BaseType_t;
typedef unsigned long UBaseType_t;

#define portTICK_PERIOD_MS                                ( ( TickType_t ) 1000 / configTICK_RATE_HZ )
#if( configUSE_16_BIT_TICKS == 1 )
        typedef unsigned portSHORT TickType_t;
        #define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffff
#else
        typedef unsigned portLONG TickType_t;
        #define portMAX_DELAY ( TickType_t ) 0xffffffff
#endif

/*-----------------------------------------------------------*/
/*
#if( configUSE_16_BIT_TICKS == 1 )
    typedef unsigned portSHORT portTickType;
    #define portMAX_DELAY ( portTickType ) 0xffff
#else
    typedef unsigned portLONG portTickType;
    #define portMAX_DELAY ( portTickType ) 0xffffffff
#endif
*/
/*-----------------------------------------------------------*/

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編譯運行

此時再make clean后重新make all，編譯即可通過。但是實際上main.c里並沒有執行任何代碼，所以感受不到FreeRTOS的實際效果，我們在main.c中添加一些代碼，來創建兩個任務並通過消息隊列來傳遞一些數據：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "main.h"

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"

static void vTask1( void *pvParameters );
static void vTask2( void *pvParameters );

int main()
{
    static xQueueHandle xTestQueue;
    xTestQueue = xQueueCreate( 10, ( unsigned portBASE_TYPE ) sizeof( unsigned short ) );
    xTaskCreate( vTask1, "vTask1", configMINIMAL_STACK_SIZE, ( void * ) &xTestQueue, tskIDLE_PRIORITY, NULL );
    xTaskCreate( vTask2, "vTask2", configMINIMAL_STACK_SIZE, ( void * ) &xTestQueue, tskIDLE_PRIORITY, NULL );

    vTaskStartScheduler();
    return 1;
}

static void vTask1( void *pvParameters )
{
unsigned short usValue = 0, usLoop;
xQueueHandle *pxQueue;
const unsigned short usNumToProduce = 3;
short sError = pdFALSE;

    pxQueue = ( xQueueHandle * ) pvParameters;

    for( ;; )
    {       
        for( usLoop = 0; usLoop < usNumToProduce; ++usLoop )
        {
            /* Send an incrementing number on the queue without blocking. */
            printf("Task1 will send: %d\r\n", usValue);
            if( xQueueSendToBack( *pxQueue, ( void * ) &usValue, ( portTickType ) 0 ) != pdPASS )
            {
                sError = pdTRUE;
            }
            else
            {
                ++usValue;
            }
        }
        vTaskDelay( 2000 );
    }
}
static void vTask2( void *pvParameters )
{
unsigned short usData = 0;
xQueueHandle *pxQueue;

    pxQueue = ( xQueueHandle * ) pvParameters;

    for( ;; )
    {       
        while( uxQueueMessagesWaiting( *pxQueue ) )
        {
            if( xQueueReceive( *pxQueue, &usData, ( portTickType ) 0 ) == pdPASS )
            {
                printf("Task2 received:%d\r\n", usData);
            }
        }
        vTaskDelay( 5000 );
    }
}

/********************************************************/
/* This is a stub function for FreeRTOS_Kernel */
void vMainQueueSendPassed( void )
{
    return;
}

/* This is a stub function for FreeRTOS_Kernel */
void vApplicationIdleHook( void )
{
    return;
}

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再次重新編譯，執行編譯后在根目錄下生成的simulator_linux.bin，即可看到兩個Task之間的交互過程：
Result
總結

FreeRTOS的內核極其小巧，只需要幾個簡單的文件就可以進行編譯運行，當在不同的硬體上進行移植的時候，只需要修改portable目錄里的文件即可完成對硬體的適配，實際上官方也提供了大量的已經完成移植的設備的portable文件，我們只需要簡單的拷貝過來即可。