基于Bootloader的简易桌面闹钟

在这份项目里，Bootloader使用之前Bootloader学习笔记里做的样例。

可以说是为了这碗醋，包了这碗饺子

简易桌面闹钟

FreeRTOS移植：超详细的FreeRTOS移植全教程——基于stm32_freertos移植教程-CSDN博客

时钟方面需要改用FreeRTOS的SysTick，否则系统会卡死

实物

整体结构

OLED示意图

此处OTA的值存储在AT24C02的0xF0-0XF3字节处（AT24C02总共256字节）

简易模式

• PA2进入多功能模式
• PA0调整城市显示
• PC13调整OTA状态
• PB10可以重启设备
• 支持震动自动切换多功能模式

多功能模式

• PA0进入简易模式

• 温湿度数据1s刷新一次

• 加速度0.5s刷新一次

• 10s无操作自动进入简易模式

SysTick、SVC、PendSV

SysTick_Handler - 系统时钟

• 就像心跳，定期检查是否需要切换任务

• 频率固定，系统运行期间持续工作

• 负责时间管理和调度触发

SVC_Handler - 系统启动器

• 就像点火器，只负责启动第一个任务

• 只调用一次，启动后就不工作了

• 从特权模式切换到用户模式

PendSV_Handler - 任务切换器

• 就像交通指挥员，负责安排哪个任务先运行

• 需要切换时才工作，优先级最低

• 在用户模式下进行任务切换

Q：为什么使用PendSV_Handler来切换任务？

Pend → 可挂起的

SV → 系统服务

• 中断优先级最低；不影响其他中断
• 只能软件触发，可控；CPU不会意外触发它
• 硬件自动保存部分上下文；减少软件负担

特性	SysTick_Handler	SVC_Handler	PendSV_Handler
全称	System Tick Handler	Supervisor Call Handler	Pending Service Handler
中文名	系统滴答中断	超级调用中断	挂起服务中断
触发方式	硬件定时器	软件调用SVC指令	软件触发PendSV

新添内容

// 从AT24C02最后一页读取OTA_flag（4字节）
uint32_t AT24C02_ReadOTAFlag(void)
{
	uint8_t addr = 0xF0; // 最后一页开始地址
	uint32_t flag = 0;
	uint8_t *pflag = (uint8_t *)&flag;
	
	// 读取4字节的OTA_flag
	for(int i = 0; i < 4; i++)
	{
		uint8_t data = 0;
		AT24C02_ReadData(addr + i, &data, 1);
		if(data == 0xFF) // 读取失败
		{
			return 0; // 返回0表示读取失败
		}
		pflag[i] = data;
	}
	
	return flag;
}
// Bootloader跳转逻辑控制
void Bootloader_Jump(void)
{
	// 读取并打印OTA_flag
	uint32_t OTA_flag = AT24C02_ReadOTAFlag();//处在AT24C02的最后一页
	uprintf("OTA_flag: %d \r\n", OTA_flag);

	// 如果OTA_flag == 1，直接跳转APP
	if(OTA_flag == 1) {
		uprintf("Direct jump to APP\r\n");
		LOAD_A(FLASH_A_SADDR);
		return;
	}
	
	// 继续原有Bootloader逻辑
	if(Bootloader_Enter(20) == 0)
	{
		if(OTA_flag == OTA_SET_FLAG)
		{
			uprintf("OTA update \r\n");
			BootState |= UPDATA_A_FLAG;
			Updata_A.W25Q64_BlockNM = 0;
		}
		else
		{
			uprintf("Jump to Area A \r\n");
			LOAD_A(FLASH_A_SADDR);
		}
	}
	uprintf("Enter Bootloader command line \r\n");
	Bootloader_Info();
}

one-wire协议

One Wire（单线）总线协议，它只需要一根数据线就能实现双向通信，大大简化了硬件连接。

• 上拉电阻： 通常4.7kΩ，确保总线空闲时为高电平

• 开漏输出： 支持线与逻辑

【通信协议】单总线协议详解——以DHT11为例_单总线通信协议-CSDN博客

delay

static uint8_t fac_us = 0;  // us延时倍乘数
static uint16_t fac_ms = 0; // ms延时倍乘数,在RTOS下,代表每个节拍的ms数

/**
 * @brief 时钟初始化 - 参考例程版本
 */
void Delay_init(void)
{
    uint32_t reload;
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK); // 选择外部时钟  HCLK
    fac_us = SystemCoreClock / 1000000;              // 不论是否使用OS,fac_us都需要使用
    reload = SystemCoreClock / 1000000;              // 每秒钟的计数次数 单位为M
    reload *= 1000000 / configTICK_RATE_HZ;          // 根据configTICK_RATE_HZ设定溢出时间
                                                     // reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合0.233s左右
    fac_ms = 1000 / configTICK_RATE_HZ;              // 代表OS可以延时的最少单位

    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_TICKINT_Msk; // 开启SYSTICK中断
    SysTick->LOAD = reload;                    // 每1/configTICK_RATE_HZ秒中断一次
    SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  // 开启SYSTICK
}

/**
 * @brief 延时微妙
 * @param us 延时0~65536微秒
 */
void Delay_us(uint32_t us)
{
    uint32_t ticks;
    uint32_t told, tnow, tcnt = 0;
    uint32_t reload = SysTick->LOAD; // LOAD的值
    ticks = us * fac_us;            // 需要的节拍数
    told = SysTick->VAL;            // 刚进入时的计数器值
    while (1)
    {
        tnow = SysTick->VAL;
        if (tnow != told)
        {
            if (tnow < told)
                tcnt += told - tnow; // 这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
            else
                tcnt += reload - tnow + told;
            told = tnow;
            if (tcnt >= ticks)
                break; // 时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
        }
    };
}

/**
 * @brief 延时毫秒
 * @param ms 延时0~65536毫秒
 */
void Delay_ms(uint32_t ms)
{
    if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED) // 系统已经运行
    {
        if (ms >= fac_ms) // 延时的时间大于OS的最少时间周期
        {
            vTaskDelay(ms / fac_ms); // FreeRTOS延时
        }
        ms %= fac_ms; // OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时
    }
    Delay_us((uint32_t)(ms * 1000)); // 普通方式延时
}

void Delay_s(uint32_t s)
{
    Delay_ms(s * 1000);
}

/**
 * @brief 延时ms,不会引起任务调度
 * @param ms 要延时的ms数
 */
void Delay_xms(uint16_t ms)
{
    uint32_t i;
    for (i = 0; i < ms; i++)
        Delay_us(1000);
}

裁剪FreeRTOS

#ifndef FREERTOS_CONFIG_H
#define FREERTOS_CONFIG_H

#include "stm32f10x.h"

// 针对不同的编译器，调用不同的stdint.h文件
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
extern uint32_t SystemCoreClock;
#endif

// 断言配置 - 用于调试，当条件为假时停止程序
#define configASSERT(x)           \
    if ((x) == 0)                 \
    {                             \
        taskDISABLE_INTERRUPTS(); \
        while (1)                 \
            ;                     \
    }

/************************************************************************
 *               FreeRTOS基础配置选项
 *********************************************************************/

/**
 * 调度器类型选择
 * 1: 抢占式调度器 - 高优先级任务可以抢占低优先级任务
 * 0: 协作式调度器 - 任务必须主动释放CPU才能切换
 * 
 * 抢占式：就像急诊病人可以插队，高优先级任务立即执行
 * 协作式：就像排队，必须等前面的人办完事才能轮到下一个
 */
#define configUSE_PREEMPTION 1

/**
 * 时间片调度
 * 1: 启用时间片 - 同优先级任务轮流执行
 * 0: 禁用时间片 - 同优先级任务需要主动让出CPU
 */
#define configUSE_TIME_SLICING 1

/**
 * 任务选择优化
 * 1: 使用硬件优化 - 更快找到最高优先级任务
 * 0: 使用软件查找 - 兼容性更好但速度较慢
 */
#define configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 1

/**
 * 无滴答空闲模式
 * 1: 启用 - 空闲时停止系统滴答，省电
 * 0: 禁用 - 始终保持系统滴答运行
 */
#define configUSE_TICKLESS_IDLE 0

/**
 * CPU时钟频率
 * 写入实际的CPU主频，用于计算延时时间
 * 例如：72MHz = 72000000
 */
#define configCPU_CLOCK_HZ (SystemCoreClock)

/**
 * 系统滴答频率
 * 每秒中断次数，决定任务调度的精度
 * 1000 = 1ms一次中断，精度较高
 * 100 = 10ms一次中断，精度较低但省电
 */
#define configTICK_RATE_HZ ((TickType_t)1000)

/**
 * 最大优先级数量
 * 优先级范围：0 ~ (configMAX_PRIORITIES-1)
 * 数字越小优先级越高，0为最高优先级
 * 建议：根据实际任务数量设置，不要设置过大
 */
#define configMAX_PRIORITIES (16)

/**
 * 空闲任务栈大小
 * 空闲任务用于系统空闲时的处理
 * 单位：字（4字节）
 */
#define configMINIMAL_STACK_SIZE ((unsigned short)64)

/**
 * 任务名称最大长度
 * 用于调试时显示任务名称
 * 建议：8-16个字符
 */
#define configMAX_TASK_NAME_LEN (12)

/**
 * 滴答计数器数据类型
 * 1: 16位 - 最大65535个滴答（约65秒）
 * 0: 32位 - 最大4294967295个滴答（约49天）
 */
#define configUSE_16_BIT_TICKS 0

/**
 * 空闲任务让出CPU
 * 1: 启用 - 空闲时让出CPU给同优先级任务
 * 0: 禁用 - 空闲任务一直运行
 */
#define configIDLE_SHOULD_YIELD 1

/**
 * 队列集功能
 * 1: 启用 - 可以等待多个队列
 * 0: 禁用 - 只能等待单个队列
 */
#define configUSE_QUEUE_SETS 0

/**
 * 任务通知功能
 * 1: 启用 - 轻量级任务间通信
 * 0: 禁用 - 只能使用队列和信号量
 */
#define configUSE_TASK_NOTIFICATIONS 1

/**
 * 互斥量功能
 * 1: 启用 - 用于保护共享资源
 * 0: 禁用 - 无法使用互斥量
 */
#define configUSE_MUTEXES 1

/**
 * 递归互斥量功能
 * 1: 启用 - 同一任务可以多次获取同一个互斥量
 * 0: 禁用 - 只能获取一次
 */
#define configUSE_RECURSIVE_MUTEXES 1

/**
 * 计数信号量功能
 * 1: 启用 - 用于资源计数
 * 0: 禁用 - 无法使用计数信号量
 */
#define configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 1

/**
 * 事件组功能
 * 1: 启用 - 用于多任务同步
 * 0: 禁用 - 无法使用事件组
 */
#define configUSE_EVENT_GROUPS 1

/**
 * 队列注册表大小
 * 用于调试时跟踪队列和信号量
 * 建议：根据实际使用的队列数量设置
 */
#define configQUEUE_REGISTRY_SIZE 6

/**
 * 任务标签功能
 * 1: 启用 - 可以为任务设置标签
 * 0: 禁用 - 无法使用任务标签
 */
#define configUSE_APPLICATION_TASK_TAG 0

/*****************************************************************
              FreeRTOS内存管理配置选项
*****************************************************************/

/**
 * 动态内存分配
 * 1: 启用 - 可以使用xTaskCreate等动态创建函数
 * 0: 禁用 - 只能使用静态创建函数
 */
#define configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION 1

/**
 * 静态内存分配
 * 1: 启用 - 可以使用xTaskCreateStatic等静态创建函数
 * 0: 禁用 - 只能使用动态创建函数
 */
#define configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION 0

/**
 * 堆内存大小
 * 用于动态内存分配，包括任务栈、队列等
 * 单位：字节
 * 建议：根据实际内存使用情况设置
 */
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)(14 * 1024))

/***************************************************************
             FreeRTOS钩子函数配置选项
**************************************************************/

/**
 * 空闲钩子函数
 * 1: 启用 - 空闲时调用用户定义的函数
 * 0: 禁用 - 不调用钩子函数
 */
#define configUSE_IDLE_HOOK 0

/**
 * 滴答钩子函数
 * 1: 启用 - 每次系统滴答时调用用户定义的函数
 * 0: 禁用 - 不调用钩子函数
 */
#define configUSE_TICK_HOOK 0

/**
 * 内存分配失败钩子函数
 * 1: 启用 - 内存分配失败时调用用户定义的函数
 * 0: 禁用 - 不调用钩子函数
 */
#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 0

/**
 * 栈溢出检查
 * 0: 禁用 - 不检查栈溢出
 * 1: 方法1 - 检查栈顶是否被覆盖
 * 2: 方法2 - 检查栈底是否被覆盖（更严格）
 */
#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 0

/********************************************************************
          FreeRTOS运行时间和任务状态收集配置选项
**********************************************************************/

/**
 * 运行时间统计
 * 1: 启用 - 可以统计任务运行时间
 * 0: 禁用 - 不统计运行时间
 */
#define configGENERATE_RUN_TIME_STATS 0

/**
 * 可视化跟踪调试
 * 1: 启用 - 支持FreeRTOS+Trace等调试工具
 * 0: 禁用 - 不支持跟踪调试
 */
#define configUSE_TRACE_FACILITY 1

/**
 * 统计格式化函数
 * 1: 启用 - 提供格式化统计信息的函数
 * 0: 禁用 - 不提供格式化函数
 */
#define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1

/********************************************************************
                FreeRTOS协程配置选项
*********************************************************************/

/**
 * 协程功能
 * 1: 启用 - 可以使用协程（轻量级任务）
 * 0: 禁用 - 无法使用协程
 * 注意：启用后必须添加croutine.c文件
 */
#define configUSE_CO_ROUTINES 0

/**
 * 协程优先级数量
 * 协程的优先级范围：0 ~ (configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES-1)
 */
#define configMAX_CO_ROUTINE_PRIORITIES (2)

/***********************************************************************
                FreeRTOS软件定时器配置选项
**********************************************************************/

/**
 * 软件定时器功能
 * 1: 启用 - 可以使用软件定时器
 * 0: 禁用 - 无法使用软件定时器
 */
#define configUSE_TIMERS 1

/**
 * 软件定时器任务优先级
 * 建议：设置为较高优先级，确保定时器及时处理
 */
#define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 1)

/**
 * 软件定时器队列长度
 * 用于存储定时器命令的队列大小
 */
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5

/**
 * 软件定时器任务栈大小
 * 软件定时器服务任务的栈大小
 */
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE)

/************************************************************
            FreeRTOS可选函数配置选项
************************************************************/

/**
 * 任务调度器状态查询函数
 * 1: 启用 - 可以使用xTaskGetSchedulerState()
 * 0: 禁用 - 无法查询调度器状态
 */
#define INCLUDE_xTaskGetSchedulerState 1

/**
 * 任务优先级设置函数
 * 1: 启用 - 可以使用vTaskPrioritySet()
 * 0: 禁用 - 无法动态修改任务优先级
 */
#define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1

/**
 * 任务优先级获取函数
 * 1: 启用 - 可以使用uxTaskPriorityGet()
 * 0: 禁用 - 无法获取任务优先级
 */
#define INCLUDE_uxTaskPriorityGet 1

/**
 * 任务删除函数
 * 1: 启用 - 可以使用vTaskDelete()
 * 0: 禁用 - 无法删除任务
 */
#define INCLUDE_vTaskDelete 1

/**
 * 任务清理资源函数
 * 1: 启用 - 可以使用vTaskCleanUpResources()
 * 0: 禁用 - 无法清理任务资源
 */
#define INCLUDE_vTaskCleanUpResources 1

/**
 * 任务挂起函数
 * 1: 启用 - 可以使用vTaskSuspend()
 * 0: 禁用 - 无法挂起任务
 */
#define INCLUDE_vTaskSuspend 1

/**
 * 任务延时直到指定时间函数
 * 1: 启用 - 可以使用vTaskDelayUntil()
 * 0: 禁用 - 无法使用绝对延时
 */
#define INCLUDE_vTaskDelayUntil 1

/**
 * 任务延时函数
 * 1: 启用 - 可以使用vTaskDelay()
 * 0: 禁用 - 无法使用相对延时
 */
#define INCLUDE_vTaskDelay 1

/**
 * 任务状态获取函数
 * 1: 启用 - 可以使用eTaskGetState()
 * 0: 禁用 - 无法获取任务状态
 */
#define INCLUDE_eTaskGetState 1

/**
 * 定时器挂起函数调用
 * 1: 启用 - 可以使用xTimerPendFunctionCall()
 * 0: 禁用 - 无法使用定时器挂起函数调用
 */
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 0

/**
 * 任务栈高水位标记函数
 * 1: 启用 - 可以使用uxTaskGetStackHighWaterMark()
 * 0: 禁用 - 无法检查栈使用情况
 */
#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 1

/******************************************************************
            FreeRTOS中断配置选项
******************************************************************/

/**
 * 中断优先级位数
 * STM32F103使用4位优先级
 */
#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
#define configPRIO_BITS __NVIC_PRIO_BITS
#else
#define configPRIO_BITS 4
#endif

/**
 * 中断最低优先级
 * 数值越大优先级越低
 * 15 = 最低优先级
 */
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 15

/**
 * 系统可管理的最高中断优先级
 * 数值越小优先级越高
 * 1 = 较高优先级，可以被FreeRTOS管理
 * 0 = 最高优先级，不能被FreeRTOS管理
 */
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 1

/**
 * 内核中断优先级
 * 用于FreeRTOS内核的中断优先级
 */
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY (configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS)) /* 240 */

/**
 * 系统调用最高中断优先级
 * 可以被FreeRTOS管理的中断最高优先级
 */
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY (configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS))

/****************************************************************
            FreeRTOS中断服务函数配置选项
****************************************************************/

/**
 * PendSV中断处理函数映射
 * 用于任务切换的中断处理函数
 */
#define xPortPendSVHandler PendSV_Handler

/**
 * SVC中断处理函数映射
 * 用于启动第一个任务的中断处理函数
 */
#define vPortSVCHandler SVC_Handler

#endif /* FREERTOS_CONFIG_H */

FreeRTOS

FreeRTOS高优先级优先，具有优先级反转机制，注意config里的总优先级不能低于4。

Ucos和RT-Thread是低优先级优先

通信路径表

运行效果

Xmodem工具使用xcom（这东西老是丢包，下载操作还有BUG，丢包了再下载进去的是错的，以后再修改吧）

在简易模式和多功能模式均可以调整OTA_flag；若为0，可以进行OTA更新，若为1，则自动进入系统。

本实验通过【5】向外部FLASH的第1块下载简易模式（MODE=0），第2块下载简易+多功能模式（MODE=1）

后续借助【7】重启、PB10重启和【6】下载外部FLASH等功能，对第1块和第2块外部Flash片区内容进行实验测试，均符合预期效果。

【1】擦除和【2】下载，测得没有问题；【3】和【4】也是测试通过。

总结

整体代码太冗长了，这里就只把核心部分贴上去了。

还有，记得调整两个0x5000，不然程序是运行不了的。