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增加了0X05功能码，写了测试大纲，设计方案书，需求规格书

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  5. BIN
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  6. BIN
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  8. BIN
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      Modbus/Src/modbus_rtu_slave.c

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Core/Src/main.c Bestand weergeven

@@ -85,11 +85,7 @@ static void AppTaskStart(void *p_arg)
* F4作为Modbus RTU从站，触摸屏作为主站。 * F4作为Modbus RTU从站，触摸屏作为主站。
* 初始化函数会立即启动USART1的DMA空闲接收。 * 初始化函数会立即启动USART1的DMA空闲接收。
*/ */
if (ModbusSlave_Init(&huart1, MODBUS_SLAVE_DEFAULT_ADDRESS) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

ModbusSlaveInit(&huart1, MODBUS_SLAVE_DEFAULT_ADDRESS);
while (1) while (1)
{ {
/* /*
@@ -99,18 +95,18 @@ static void AppTaskStart(void *p_arg)
* 4x地址2：收到的有效Modbus帧数； * 4x地址2：收到的有效Modbus帧数；
* 4x地址10：触摸屏读写测试值，由协议层保存。 * 4x地址10：触摸屏读写测试值，由协议层保存。
*/ */
(void)ModbusSlave_SetHoldingRegister(
(void)ModbusSlaveSetHoldingRegister(
HMI_REG_UPTIME_SECONDS, HMI_REG_UPTIME_SECONDS,
(uint16_t)(OSTimeGet() / OS_TICKS_PER_SEC)); (uint16_t)(OSTimeGet() / OS_TICKS_PER_SEC));
(void)ModbusSlave_SetHoldingRegister(
(void)ModbusSlaveSetHoldingRegister(
HMI_REG_RX_FRAME_COUNT, HMI_REG_RX_FRAME_COUNT,
(uint16_t)g_modbus_slave_stats.valid_frame_count);
(uint16_t)ModbusSlaveStatistics.validFrameCount);


/* /*
* 协议解析和应答在任务上下文完成，中断只接收一帧并设置标志。 * 协议解析和应答在任务上下文完成，中断只接收一帧并设置标志。
* 每1ms轮询一次，不在串口中断中执行耗时的CRC和寄存器操作。 * 每1ms轮询一次，不在串口中断中执行耗时的CRC和寄存器操作。
*/ */
ModbusSlave_Poll();
ModbusSlavePoll();
OSTimeDly(1U); OSTimeDly(1U);
} }
} }
@@ -335,7 +331,7 @@ void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
if (huart->Instance == USART1) if (huart->Instance == USART1)
{ {
/* 应答发送完成后，协议模块重新启动DMA接收。 */ /* 应答发送完成后，协议模块重新启动DMA接收。 */
ModbusSlave_OnTxComplete(huart);
ModbusSlaveOnTxComplete(huart);
} }
} }


@@ -347,7 +343,7 @@ void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
* DMA遇到串口空闲事件后进入这里。 * DMA遇到串口空闲事件后进入这里。
* 仅复制帧并重启DMA，协议解析由AppTaskStart任务完成。 * 仅复制帧并重启DMA，协议解析由AppTaskStart任务完成。
*/ */
ModbusSlave_OnRxEvent(huart, Size);
ModbusSlaveOnRxEvent(huart, Size);
} }
} }


@@ -356,7 +352,7 @@ void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
if (huart->Instance == USART1) if (huart->Instance == USART1)
{ {
/* 溢出、噪声、帧错误等异常后恢复USART1 DMA接收。 */ /* 溢出、噪声、帧错误等异常后恢复USART1 DMA接收。 */
ModbusSlave_OnUartError(huart);
ModbusSlaveOnUartError(huart);
} }
} }




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Document/0_Modbus任务要求.md Bestand weergeven

@@ -19,7 +19,7 @@
- 实现ModbusRTU主站（触摸屏） - 实现ModbusRTU主站（触摸屏）
· 能够正常连接 · 能够正常连接
· 能够判断连接断开
· 能够判断连接断开
· 能够按要求生成请求帧 · 能够按要求生成请求帧
· 能够正确解析应答帧，并做相应处理 · 能够正确解析应答帧，并做相应处理
· 能够进行超时处理 · 能够进行超时处理


BIN
Document/c语言规范.pdf Bestand weergeven


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Document/my_document/uCOS-II移植说明.md Bestand weergeven

@@ -0,0 +1,935 @@
# STM32F407 + IAR 工程 uC/OS-II 移植说明

## 1. 文档目的

本文记录本项目将 uC/OS-II 移植到 STM32F407IG + IAR 工程的完整过程，并结合当前已经能够正常调试、运行串口与 Modbus RTU 从站的实际代码进行说明。

本文不是通用示例，文中目录、文件名、任务优先级、时基和接口均以当前工程为准，主要用于：

- 回顾本次 uC/OS-II 的移植步骤；
- 理解每个移植文件的作用；
- 在 CubeMX 重新生成代码后检查移植内容是否仍然完整；
- 后续增加任务、信号量、消息队列等功能；
- 排查任务不运行、延时不生效、无法切换任务等问题。

当前工程已经完成以下验证：

- uC/OS-II 可以初始化并启动；
- 应用任务 `AppTaskStart` 可以运行；
- `OSTimeDly()` 和 `OSTimeGet()` 可以正常使用；
- HAL 和 uC/OS-II 共用 SysTick 时基；
- USART1 + DMA 可以正常通信；
- Modbus RTU 从站可以在任务中轮询处理请求。

---

## 2. 当前工程环境

| 项目 | 当前配置 |
|---|---|
| MCU | STM32F407IG |
| CPU 内核 | ARM Cortex-M4 |
| 工程生成工具 | STM32CubeMX |
| 编译器 | IAR Embedded Workbench for ARM |
| IAR 工程配置名 | `Modbus` |
| uC/OS-II 版本 | V2.92.11 |
| 操作系统节拍 | 1000 Hz，即 1 ms/节拍 |
| 串口 | USART1 |
| 串口参数 | 115200 bit/s、8 个有效数据位、偶校验、1 个停止位（8E1） |
| 串口接收 | DMA2 Stream2 Channel4 |
| 串口发送 | DMA2 Stream7 Channel4 |
| 应用任务 | `AppTaskStart` |
| 应用任务优先级 | 5 |
| 应用任务栈 | 256 个 `OS_STK` 单元 |

IAR 命令行编译工具位于：

```text
F:\IAR Systems\Embedded Workbench 8.3\common\bin
```

---

## 3. 移植工作的本质

将 uC/OS-II 移植到一个新的 MCU 工程，不只是把源码复制进来。完整移植至少包含以下五部分：

1. **内核源码**：任务调度、延时、信号量、消息队列等通用功能；
2. **CPU 移植层**：任务栈初始化、临界区、寄存器保存和恢复；
3. **工程配置**：选择启用哪些内核功能、允许多少任务、系统节拍频率等；
4. **硬件连接**：将 SysTick 和 PendSV 正确接入操作系统；
5. **应用启动**：初始化内核、创建任务并启动调度器。

它们的关系如下：

```text
应用任务 AppTaskStart
│
│ 调用 OSTimeDly、OSTimeGet 等 API
▼
uC/OS-II 内核源码
│
│ 请求任务切换、初始化任务栈
▼
Cortex-M4 + IAR 移植层
│
├── SysTick：产生操作系统节拍
└── PendSV：保存旧任务现场并恢复新任务现场
```

---

## 4. 工程中的 uC/OS-II 目录

当前相关文件位于：

```text
Middlewares/Third_Party/Micrium/
├─ Config/
│ ├─ app_cfg.h
│ ├─ cpu_cfg.h
│ └─ os_cfg.h
├─ uCOS-II/
│ ├─ Source/
│ │ ├─ ucos_ii.h
│ │ ├─ os_core.c
│ │ ├─ os_task.c
│ │ ├─ os_time.c
│ │ ├─ os_sem.c
│ │ ├─ os_mutex.c
│ │ ├─ os_q.c
│ │ ├─ os_mbox.c
│ │ ├─ os_flag.c
│ │ ├─ os_mem.c
│ │ └─ os_tmr.c
│ └─ Ports/ARM-Cortex-M4/IAR/
│ ├─ os_cpu.h
│ ├─ os_cpu_a.asm
│ ├─ os_cpu_c.c
│ └─ os_dbg.c
├─ uC-CPU/
└─ uC-LIB/
```

### 4.1 各类文件的作用

| 文件或目录 | 作用 |
|---|---|
| `ucos_ii.h` | uC/OS-II 总头文件，应用程序通常只需包含它 |
| `os_core.c` | 内核初始化、调度和中断嵌套管理 |
| `os_task.c` | 任务创建、删除、挂起、恢复和栈检查 |
| `os_time.c` | 任务延时及系统节拍计数 |
| `os_sem.c` | 信号量 |
| `os_mutex.c` | 互斥信号量 |
| `os_q.c` | 消息队列 |
| `os_mbox.c` | 邮箱 |
| `os_flag.c` | 事件标志组 |
| `os_mem.c` | 固定大小内存分区 |
| `os_tmr.c` | 软件定时器 |
| `os_cpu.h` | Cortex-M4/IAR 的数据类型、临界区和任务切换宏 |
| `os_cpu_c.c` | 初始任务栈构造、CPU 钩子及 SysTick 接口 |
| `os_cpu_a.asm` | 上下文切换和寄存器保存/恢复的汇编实现 |
| `os_dbg.c` | 向调试器提供内核配置及数据尺寸信息 |
| `os_cfg.h` | 内核功能裁剪和资源数量配置 |
| `app_cfg.h` | 应用任务优先级和栈大小配置 |

`uC-CPU` 和 `uC-LIB` 目录还提供 Micrium 的 CPU 抽象和通用库头文件。本工程已将相应目录加入头文件搜索路径。

---

## 5. IAR 工程配置

### 5.1 添加源码分组

在 IAR 工程中建立 `Micrium` 分组，并添加下列内容。

`Micrium Config`：

```text
app_cfg.h
cpu_cfg.h
os_cfg.h
```

`uCOS-II Port`：

```text
os_cpu_a.asm
os_cpu_c.c
os_dbg.c
```

`uCOS-II Source`：

```text
os_core.c
os_flag.c
os_mbox.c
os_mem.c
os_mutex.c
os_q.c
os_sem.c
os_task.c
os_time.c
os_tmr.c
```

即使某项功能在 `os_cfg.h` 中被关闭，对应 `.c` 文件留在工程中通常也不会产生完整功能代码，因为源码内部会根据配置宏进行条件编译。

### 5.2 添加头文件搜索路径

在 IAR 中进入：

```text
Project → Options → C/C++ Compiler → Preprocessor
```

将以下路径加入 `Additional include directories`：

```text
$PROJ_DIR$\..\Middlewares\Third_Party\Micrium\Config
$PROJ_DIR$\..\Middlewares\Third_Party\Micrium\uCOS-II\Source
$PROJ_DIR$\..\Middlewares\Third_Party\Micrium\uCOS-II\Ports\ARM-Cortex-M4\IAR
$PROJ_DIR$\..\Middlewares\Third_Party\Micrium\uC-CPU
$PROJ_DIR$\..\Middlewares\Third_Party\Micrium\uC-CPU\ARM-Cortex-M4\IAR
$PROJ_DIR$\..\Middlewares\Third_Party\Micrium\uC-LIB
```

如果编译提示找不到 `ucos_ii.h`、`os_cpu.h`、`cpu.h` 或 `lib_def.h`，应首先检查这些搜索路径。

---

## 6. 内核和应用配置

### 6.1 `app_cfg.h`

当前应用任务配置为：

```c
#define APP_TASK_START_PRIO 5u
#define APP_TASK_TEST_PRIO 6u

#define APP_TASK_START_STK_SIZE 256u
#define APP_TASK_TEST_STK_SIZE 256u
```

其中：

- `APP_TASK_START_PRIO` 是启动任务优先级；
- `APP_TASK_TEST_PRIO` 是预留的测试任务优先级，当前还未创建该任务；
- `APP_TASK_START_STK_SIZE` 是启动任务栈的元素个数，不是字节数；
- Cortex-M4 移植中 `OS_STK` 为 32 位，因此 256 个栈单元约占 1024 字节 RAM。

### 6.2 uC/OS-II 的任务优先级规则

uC/OS-II V2 中：

- 数值越小，任务优先级越高；
- 每个任务必须使用不同的优先级；
- 当前 `AppTaskStart` 使用优先级 5；
- 后续可让普通测试任务使用 6、7 等更低优先级；
- 不建议随意占用 0～4，可为以后对实时性要求更高的任务预留。

任务优先级 5 和 NVIC 中断优先级 5 是两个不同体系，不能直接比较大小。

### 6.3 `os_cfg.h` 的当前关键配置

| 配置项 | 当前值 | 含义 |
|---|---:|---|
| `OS_LOWEST_PRIO` | 63 | 应用可用的最低任务优先级范围 |
| `OS_MAX_TASKS` | 10 | 最大应用任务数量 |
| `OS_TICKS_PER_SEC` | 1000 | 每秒 1000 个系统节拍 |
| `OS_TASK_CREATE_EXT_EN` | 1 | 启用 `OSTaskCreateExt()` |
| `OS_TASK_STAT_EN` | 0 | 不启用统计任务 |
| `OS_MUTEX_EN` | 1 | 启用互斥信号量 |
| `OS_Q_EN` | 1 | 启用消息队列 |
| `OS_SEM_EN` | 1 | 启用信号量 |
| `OS_TIME_GET_SET_EN` | 1 | 允许读取和设置系统时间 |
| `OS_TIME_TICK_HOOK_EN` | 1 | 启用节拍钩子 |
| `OS_TMR_EN` | 0 | 不启用软件定时器 |
| `OS_MEM_EN` | 0 | 不启用固定内存分区 |
| `OS_CPU_HOOKS_EN` | 1 | 使用 CPU 移植层钩子 |
| `OS_DEBUG_EN` | 1 | 保留内核调试信息 |

因为：

```c
#define OS_TICKS_PER_SEC 1000u
```

所以：

```c
OSTimeDly(1U); /* 延时约 1 ms */
OSTimeDly(100U); /* 延时约 100 ms */
OSTimeDly(1000U); /* 延时约 1 s */
```

`OSTimeDly()` 的参数单位是“节拍”，只有在当前 1000 Hz 配置下才刚好等于毫秒。

---

## 7. SysTick 时基接入

### 7.1 为什么 HAL 和 uC/OS-II 都需要 SysTick

STM32 HAL 使用 SysTick 维护自己的毫秒计数，`HAL_GetTick()`、HAL 超时判断等功能依赖 `HAL_IncTick()`。

uC/OS-II 也需要周期节拍，用于：

- 更新任务延时；
- 唤醒延时到期的任务；
- 更新 `OSTimeGet()` 返回的系统节拍；
- 在需要时触发任务调度。

因此，本工程在同一个 `SysTick_Handler()` 中同时服务 HAL 和 uC/OS-II。

### 7.2 当前 SysTick 处理

`Core/Src/stm32f4xx_it.c` 中的核心代码为：

```c
void SysTick_Handler(void)
{
HAL_IncTick();

if (OSRunning == OS_TRUE)
{
OS_CPU_SysTickHandler();
}
}
```

必须保留 `OSRunning` 判断。原因是 `HAL_Init()` 会先启动 SysTick，而此时 `OSInit()` 尚未执行。如果在内核未初始化时直接调用 uC/OS-II 的节拍处理，可能访问尚未准备好的内核状态。

`OS_CPU_SysTickHandler()` 内部的主要过程是：

```text
进入 SysTick 中断
↓
OSIntEnter()
↓
OSTimeTick()：更新延时和系统节拍
↓
OSIntExit()：检查是否需要调度更高优先级任务
```

不能只调用 `OS_CPU_SysTickHandler()` 而删除 `HAL_IncTick()`，否则 HAL 的毫秒时基和超时机制会停止。

---

## 8. PendSV 与任务上下文切换

### 8.1 PendSV 的作用

SysTick 负责告诉内核“时间过去了一个节拍”，PendSV 才真正执行任务上下文切换。

一次任务切换大致包括：

1. 保存当前任务的 CPU 寄存器；
2. 将当前栈指针保存到任务控制块；
3. 选择当前最高优先级的就绪任务；
4. 取出新任务的栈指针；
5. 恢复新任务的 CPU 寄存器；
6. 从异常返回，新任务继续运行。

这些底层工作由 `os_cpu_a.asm` 中的 `OS_CPU_PendSVHandler` 完成。

### 8.2 当前工程的特殊接法

当前工程不是在 C 语言的空 `PendSV_Handler()` 中调用内核，而是直接修改了 IAR 启动文件：

```text
EWARM/startup_stm32f407xx.s
```

启动文件中声明：

```asm
EXTERN OS_CPU_PendSVHandler
```

并将向量表中的 PendSV 项直接设置为：

```asm
DCD OS_CPU_PendSVHandler
```

所以 `Core/Src/stm32f4xx_it.c` 中虽然还有一个空的 `PendSV_Handler()`，实际 PendSV 向量并不指向它。

这是本工程移植中非常关键的一步。若 CubeMX 或其他工具重新生成、替换启动文件，必须确认 PendSV 向量仍然指向 `OS_CPU_PendSVHandler`。否则常见现象是：

- 第一个任务似乎能够启动；
- 一旦调用 `OSTimeDly()` 或发生任务切换就卡住；
- 多任务无法正常调度。

不要同时让向量表指向两个 PendSV 实现，也不要在已有直接向量映射的情况下重复定义另一个同名强符号。

---

## 9. 在 `main.c` 中启动 uC/OS-II

### 9.1 包含头文件

当前应用包含：

```c
#include "ucos_ii.h"
#include "modbus_rtu_slave.h"
```

`ucos_ii.h` 内部会继续包含 `app_cfg.h`，因此 `main.c` 可以使用任务优先级和栈大小宏。

### 9.2 定义任务栈

```c
static OS_STK AppTaskStartStk[APP_TASK_START_STK_SIZE];
```

任务栈不能定义成任务函数内的普通局部数组，否则函数退出或栈被覆盖后会破坏任务运行现场。这里使用 `static`，使内存在整个程序运行期间一直存在。

### 9.3 声明任务函数

```c
static void AppTaskStart(void *p_arg);
```

uC/OS-II 任务函数必须符合以下形式：

```c
void TaskName(void *p_arg);
```

任务通常包含永久循环，不能执行完后直接返回。

### 9.4 正确的初始化顺序

本工程顺序为：

```c
HAL_Init();
SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USB_DEVICE_Init();
MX_USART1_UART_Init();

OSInit();

/* 创建应用任务 */
OSTaskCreateExt(...);

OSStart();
```

各步骤含义如下：

1. `HAL_Init()`：初始化 HAL 和 SysTick；
2. `SystemClock_Config()`：配置芯片主频和总线时钟；
3. `MX_xxx_Init()`：初始化任务要使用的外设；
4. `OSInit()`：初始化 uC/OS-II 内核数据结构；
5. `OSTaskCreateExt()`：创建至少一个应用任务；
6. `OSStart()`：启动最高优先级就绪任务。

正常情况下 `OSStart()` 不会返回。CubeMX 在后面生成的 `while (1)` 仅作为程序结构保留，操作系统成功启动后不会再执行到那里。

### 9.5 当前任务创建代码

```c
os_err = OSTaskCreateExt(AppTaskStart,
0,
&AppTaskStartStk[APP_TASK_START_STK_SIZE - 1u],
APP_TASK_START_PRIO,
APP_TASK_START_PRIO,
&AppTaskStartStk[0],
APP_TASK_START_STK_SIZE,
0,
(OS_TASK_OPT_STK_CHK |
OS_TASK_OPT_STK_CLR));

if (os_err != OS_ERR_NONE)
{
Error_Handler();
}
```

参数说明：

| 参数 | 当前传入值 | 作用 |
|---|---|---|
| 任务入口 | `AppTaskStart` | 任务开始执行的函数 |
| 任务参数 | `0` | 传给 `p_arg`，本任务不需要参数 |
| 初始栈顶 | 栈数组最后一个元素 | Cortex-M 栈向低地址增长 |
| 优先级 | `APP_TASK_START_PRIO` | 当前为 5 |
| 任务 ID | 同任务优先级 | 本工程用优先级作为 ID |
| 栈底 | 栈数组第一个元素 | 用于扩展创建和栈检查 |
| 栈大小 | `APP_TASK_START_STK_SIZE` | 256 个栈单元 |
| 扩展数据 | `0` | 当前不使用 |
| 任务选项 | `STK_CHK \| STK_CLR` | 启用栈检查并在创建时清零栈 |

检查 `os_err` 非常重要。如果任务创建失败却继续调用 `OSStart()`，后续现象不容易定位。

---

## 10. 当前应用任务与 Modbus 的结合

当前启动任务主要代码如下：

```c
static void AppTaskStart(void *p_arg)
{
(void)p_arg;

if (ModbusSlave_Init(&huart1,
MODBUS_SLAVE_DEFAULT_ADDRESS) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

while (1)
{
(void)ModbusSlave_SetHoldingRegister(
HMI_REG_UPTIME_SECONDS,
(uint16_t)(OSTimeGet() / OS_TICKS_PER_SEC));

(void)ModbusSlave_SetHoldingRegister(
HMI_REG_RX_FRAME_COUNT,
(uint16_t)g_modbus_slave_stats.valid_frame_count);

ModbusSlave_Poll();
OSTimeDly(1U);
}
}
```

### 10.1 任务在做什么

1. 任务只在开始时调用一次 `ModbusSlave_Init()`；
2. 初始化 USART1 的 Modbus 从站和 DMA 接收；
3. 在永久循环中更新运行时间寄存器；
4. 更新有效接收帧计数寄存器；
5. 调用 `ModbusSlave_Poll()` 在任务上下文中解析已收到的帧；
6. 延时 1 个节拍，把 CPU 让给其他任务或空闲任务。

### 10.2 为什么要调用 `OSTimeDly(1U)`

如果永久循环内没有延时、等待信号量或其他阻塞操作，优先级 5 的任务会一直占用 CPU，使更低优先级任务无法运行。

调用 `OSTimeDly(1U)` 后：

- 当前任务进入延时状态；
- 调度器转而执行其他就绪任务；
- 1 ms 后 SysTick 更新延时计数；
- 当前任务重新进入就绪状态；
- 当它成为最高优先级就绪任务时继续运行。

---

## 11. 串口中断、DMA 与操作系统任务的关系

当前 Modbus 接收采用“中断/DMA 快速接收，任务中解析”的结构：

```text
USART1 收到数据
↓
DMA 自动搬运到接收缓冲区
↓
串口空闲事件/接收事件中断
↓
HAL_UARTEx_RxEventCallback()
↓
ModbusSlave_OnRxEvent()
│
│ 仅记录数据、帧状态并尽快退出
▼
AppTaskStart 周期执行 ModbusSlave_Poll()
↓
CRC 校验、功能码解析、寄存器读写、组织应答
↓
USART1 DMA 发送应答
```

当前回调接口包括：

```c
HAL_UARTEx_RxEventCallback()
→ ModbusSlave_OnRxEvent()

HAL_UART_TxCpltCallback()
→ ModbusSlave_OnTxComplete()

HAL_UART_ErrorCallback()
→ ModbusSlave_OnUartError()
```

这种结构的优点是：

- 中断处理时间短；
- CRC 和协议解析不会长时间占用中断；
- 复杂业务逻辑运行在任务上下文，便于扩展；
- 串口接收与协议处理在执行过程上是异步的。

当前串口回调没有直接调用 uC/OS-II 的信号量、队列等服务，因此不需要额外在这些回调外层手工调用 `OSIntEnter()` 和 `OSIntExit()`。

如果后续在外设中断中直接调用 `OSSemPost()`、`OSQPost()` 等内核服务，则必须：

- 确认该服务允许在中断中调用；
- 正确执行 uC/OS-II 的中断进入和退出处理；
- 检查 NVIC 中断优先级是否满足移植层要求；
- 不在中断中调用会阻塞的接口。

---

## 12. 常用 uC/OS-II 接口解释

### 12.1 `OSInit()`

初始化内核全局变量、就绪表、任务链表，并建立空闲任务等内部对象。必须先调用它，再创建应用任务和启动调度器。

### 12.2 `OSTaskCreateExt()`

创建一个扩展任务。与简化版创建函数相比，它可以传入栈底、栈大小和任务选项，因此可使用栈检查功能。

### 12.3 `OSStart()`

启动调度器，并切换到当前最高优先级的就绪任务。成功后不会返回 `main()` 的普通执行流程。

### 12.4 `OSTimeDly()`

使当前任务延时指定节拍。它是操作系统延时，不是原地空转：

- 延时期间 CPU 可以执行其他任务；
- 不能在中断服务程序中调用；
- 参数为 0 时通常不会产生期望的延时。

### 12.5 `OSTimeGet()`

读取内核从启动后累计的节拍数。当前节拍频率为 1000 Hz，因此：

```c
seconds = OSTimeGet() / OS_TICKS_PER_SEC;
```

可得到近似运行秒数。计数最终会溢出并回绕，不能把它当作永久不溢出的实时时钟。

### 12.6 `OSTaskStkChk()`

在任务使用了 `OS_TASK_OPT_STK_CHK | OS_TASK_OPT_STK_CLR` 时，可以检查任务栈使用情况，用于判断栈是否配置过大或过小。

---

## 13. 后续增加第二个任务

### 13.1 定义栈和任务函数

```c
static OS_STK AppTaskTestStk[APP_TASK_TEST_STK_SIZE];

static void AppTaskTest(void *p_arg)
{
(void)p_arg;

while (1)
{
/* 在这里编写周期性测试功能。 */

OSTimeDly(100U);
}
}
```

### 13.2 创建任务

在调用 `OSStart()` 之前增加：

```c
os_err = OSTaskCreateExt(AppTaskTest,
0,
&AppTaskTestStk[APP_TASK_TEST_STK_SIZE - 1u],
APP_TASK_TEST_PRIO,
APP_TASK_TEST_PRIO,
&AppTaskTestStk[0],
APP_TASK_TEST_STK_SIZE,
0,
(OS_TASK_OPT_STK_CHK |
OS_TASK_OPT_STK_CLR));

if (os_err != OS_ERR_NONE)
{
Error_Handler();
}
```

也可以先只创建启动任务，再由启动任务创建其他任务。但无论采用哪种方式，都必须保证：

- 每个任务有独立且长期有效的栈；
- 每个任务优先级唯一；
- 任务函数不能直接返回；
- 周期任务必须适当延时或等待事件；
- 总任务数不得超过 `OS_MAX_TASKS`。

---

## 14. CubeMX 重新生成代码时的注意事项

### 14.1 能够自动保留的内容

CubeMX 的 `Keep User Code when re-generating` 选项只能保留位于标准标记内的代码：

```c
/* USER CODE BEGIN ... */
/* USER CODE END ... */
```

本工程下列自定义内容应放在对应的 USER CODE 区域内：

- `main.c` 中的 uC/OS-II 和 Modbus 头文件；
- 任务栈、任务函数声明；
- `AppTaskStart()`；
- `OSInit()`、任务创建和 `OSStart()`；
- `stm32f4xx_it.c` 中的 `OS_CPU_SysTickHandler()` 调用；
- HAL 串口回调中的 Modbus 接口调用。

写在 USER CODE 标记之外的修改可能被覆盖。

### 14.2 需要手工重点检查的内容

每次 CubeMX 重新生成后，至少检查：

- `EWARM/startup_stm32f407xx.s` 的 PendSV 向量是否仍指向 `OS_CPU_PendSVHandler`；
- `stm32f4xx_it.c` 是否仍调用 `HAL_IncTick()`；
- `stm32f4xx_it.c` 是否在 `OSRunning` 为真时调用 `OS_CPU_SysTickHandler()`；
- `main.c` 是否仍然调用 `OSInit()`、创建任务并调用 `OSStart()`；
- IAR 工程中的 Micrium 源文件分组是否仍存在；
- IAR 的 Micrium 头文件搜索路径是否仍存在；
- 串口 DMA、NVIC 和回调代码是否仍完整。

CubeMX 通常不会主动删除独立放置的 `Middlewares/Third_Party/Micrium` 源文件，但重新生成 IAR 工程文件时，有可能改变 `.ewp` 中手工添加的分组或路径，因此重新生成前应提交 Git 或备份工程。

---

## 15. 编译和运行验证

### 15.1 IAR 图形界面

在 IAR 中执行：

```text
Project → Rebuild All
```

确认：

- 0 errors；
- 0 warnings；
- `os_cpu_a.asm`、`os_cpu_c.c` 和内核源码均参与编译；
- 链接阶段没有重复的中断处理函数。

### 15.2 命令行完整编译

在工程根目录执行：

```powershell
& 'F:\IAR Systems\Embedded Workbench 8.3\common\bin\IarBuild.exe' `
'EWARM\Modbus.ewp' `
-build Modbus `
-log all
```

链接映射文件位于：

```text
EWARM\Modbus\List\Modbus.map
```

该文件可以查看代码、只读数据和读写数据的详细占用。

### 15.3 调试时可观察的内容

建议设置或观察：

- 在 `AppTaskStart()` 入口设置断点，确认任务已进入；
- `OSRunning` 应在内核启动后变为真；
- `OSTimeGet()` 应持续增加；
- 执行 `OSTimeDly(1U)` 后任务应能再次被唤醒；
- Modbus 运行时间寄存器应每秒变化；
- 串口请求应能收到正常应答。

---

## 16. 常见故障排查

### 16.1 提示找不到 `ucos_ii.h`

原因通常是 IAR 头文件搜索路径未添加或路径层级错误。检查：

```text
Middlewares\Third_Party\Micrium\uCOS-II\Source
```

### 16.2 `OSStart()` 后卡死或任务不运行

依次检查：

1. 是否先调用了 `OSInit()`；
2. `OSTaskCreateExt()` 返回值是否为 `OS_ERR_NONE`；
3. 任务栈顶是否传入数组最后一个元素；
4. `os_cpu_a.asm` 是否参与编译和链接；
5. 启动文件 PendSV 向量是否指向 `OS_CPU_PendSVHandler`；
6. 任务函数是否包含永久循环。

### 16.3 `OSTimeDly()` 后任务再也不运行

重点检查：

- SysTick 中断是否正常进入；
- 是否保留 `OS_CPU_SysTickHandler()`；
- `OSRunning` 是否已经变为真；
- `OS_TICKS_PER_SEC` 是否与实际 SysTick 频率匹配；
- PendSV 向量是否被 CubeMX 恢复成空的 `PendSV_Handler()`。

### 16.4 HAL 延时或超时异常

检查 `SysTick_Handler()` 中是否仍调用：

```c
HAL_IncTick();
```

uC/OS-II 和 HAL 共用 SysTick 时，两边的节拍处理都要保留。

### 16.5 链接时出现重复的 PendSV 或 SysTick 符号

说明同一异常被多个强符号实现。应明确采用一种连接方式。

当前工程采用：

- SysTick 向量指向 `SysTick_Handler()`，其中同时服务 HAL 和 uC/OS-II；
- PendSV 向量直接指向汇编函数 `OS_CPU_PendSVHandler`。

### 16.6 任务运行一段时间后进入 HardFault

常见原因包括：

- 任务栈过小；
- 使用了错误的 CPU/编译器移植层；
- 栈顶和栈底参数传反；
- 局部数组过大；
- 中断或任务越界写内存；
- 浮点上下文或编译选项与移植层不匹配。

应先增加任务栈并使用栈检查，再检查 HardFault 时的栈和寄存器。

### 16.7 高优先级任务导致其他任务不运行

uC/OS-II 是基于优先级的抢占式内核。若高优先级任务永久循环且从不延时、不挂起、也不等待事件，低优先级任务不会得到运行机会。

周期任务中应使用：

- `OSTimeDly()`；
- 等待信号量；
- 等待消息队列；
- 等待事件标志；
- 或其他会让任务进入非就绪状态的接口。

### 16.8 修改了配置宏后出现未定义符号

例如打开信号量、队列、统计任务或软件定时器后，应同时确认：

- 对应源码已加入工程；
- 相关最大数量配置不为 0；
- 所需钩子函数已经实现；
- RAM 和任务数量足够。

---

## 17. 当前移植的关键文件清单

| 文件 | 当前项目中的关键内容 |
|---|---|
| `Core/Src/main.c` | 内核初始化、任务创建、启动调度器、Modbus 应用任务 |
| `Core/Src/stm32f4xx_it.c` | HAL 与 uC/OS-II 共用的 SysTick 处理 |
| `EWARM/startup_stm32f407xx.s` | PendSV 向量直接指向 `OS_CPU_PendSVHandler` |
| `EWARM/Modbus.ewp` | Micrium 源文件分组及头文件搜索路径 |
| `Middlewares/Third_Party/Micrium/Config/app_cfg.h` | 应用任务优先级和栈大小 |
| `Middlewares/Third_Party/Micrium/Config/os_cfg.h` | 内核裁剪、节拍频率和资源数量 |
| `Middlewares/Third_Party/Micrium/uCOS-II/Ports/ARM-Cortex-M4/IAR/os_cpu_a.asm` | 上下文切换 |
| `Middlewares/Third_Party/Micrium/uCOS-II/Ports/ARM-Cortex-M4/IAR/os_cpu_c.c` | 任务栈初始化及 SysTick 接口 |
| `Modbus/Src/modbus_rtu_slave.c` | Modbus RTU 从站协议处理 |

---

## 18. 移植完成检查表

### 源码与工程

- [ ] uC/OS-II 内核源码已加入 IAR 工程；
- [ ] Cortex-M4/IAR 移植层已加入工程；
- [ ] Micrium 配置文件已加入工程；
- [ ] 所有头文件搜索路径正确；
- [ ] `os_cpu_a.asm` 确实参与编译。

### 内核配置

- [ ] `OS_TICKS_PER_SEC` 与 SysTick 实际频率一致；
- [ ] `OS_MAX_TASKS` 足够；
- [ ] 每个任务优先级唯一；
- [ ] 所需信号量、队列、互斥量功能已启用；
- [ ] 每个任务栈大小合理。

### 中断连接

- [ ] SysTick 同时调用 `HAL_IncTick()` 和 `OS_CPU_SysTickHandler()`；
- [ ] 内核未运行时不会调用 OS 节拍处理；
- [ ] PendSV 向量指向 `OS_CPU_PendSVHandler`；
- [ ] 没有重复的 PendSV 强符号。

### 应用启动

- [ ] 外设初始化先于使用外设的任务；
- [ ] 已调用 `OSInit()`；
- [ ] 至少成功创建一个任务；
- [ ] 已检查任务创建返回值；
- [ ] 已调用 `OSStart()`；
- [ ] 所有任务均包含循环并能主动让出 CPU。

### 运行验证

- [ ] 工程编译为 0 errors、0 warnings；
- [ ] `AppTaskStart()` 可以进入；
- [ ] `OSRunning` 为真；
- [ ] 系统节拍持续增加；
- [ ] `OSTimeDly()` 后任务可以恢复；
- [ ] USART1 DMA 通信正常；
- [ ] Modbus 请求和应答正常。

---

## 19. 关于 uC/OS-II 授权

当前源码头部的授权说明允许评估、教学或研究等用途。若代码用于正式商业产品，应根据所使用版本核实 Micrium/版权方的商业授权要求，不能仅因为源码可以编译就默认具备商业发布许可。

---

## 20. 总结

本工程的 uC/OS-II 移植可以概括为：

```text
复制内核和 Cortex-M4/IAR 移植层
↓
加入 IAR 源文件与头文件路径
↓
配置 os_cfg.h 和 app_cfg.h
↓
SysTick 同时服务 HAL 与 uC/OS-II
↓
启动文件 PendSV 向量接入 OS_CPU_PendSVHandler
↓
OSInit → 创建任务 → OSStart
↓
在任务中运行 ModbusSlave_Poll 和应用逻辑
```

其中最容易在 CubeMX 重新生成后遗漏的是 **IAR 启动文件中的 PendSV 向量修改**；最容易在增加任务后遇到的问题是 **任务优先级重复、任务栈不足，以及高优先级任务没有延时或等待事件**。

BIN
Document/my_document/~$需求规格书.docx Bestand weergeven


BIN
Document/my_document/框图/协议解析流程图.vsdx Bestand weergeven


BIN
Document/my_document/框图/应用模块流程图.vsdx Bestand weergeven


BIN
Document/my_document/框图/系统框图.vsdx Bestand weergeven


BIN
Document/my_document/测试大纲.docx Bestand weergeven


BIN
Document/my_document/设计方案书.docx Bestand weergeven


BIN
Document/my_document/需求规格书.docx Bestand weergeven


+ 113
- 56
Modbus/Inc/modbus_rtu_slave.h Bestand weergeven

@@ -1,80 +1,137 @@
/**
* @file modbus_rtu_slave.h
* @brief Modbus RTU 从站模块公开接口。
*/

#ifndef MODBUS_RTU_SLAVE_H #ifndef MODBUS_RTU_SLAVE_H
#define MODBUS_RTU_SLAVE_H #define MODBUS_RTU_SLAVE_H


#include "stm32f4xx_hal.h" #include "stm32f4xx_hal.h"


#ifdef __cplusplus #ifdef __cplusplus
extern "C" {
extern "C"
{
#endif #endif


/*
* 任务文档规定线圈和保持寄存器地址范围均为0~0x270F。
* 因此地址总数是0x2710，即10000个。
/**
* @brief Modbus 数据模型的最大地址。
*
* 任务要求规定线圈和保持寄存器地址范围均为 0～0x270F，
* 因此每种数据共有 10000 项。
*/ */
#define MODBUS_MAP_LAST_ADDRESS 0x270FU
#define MODBUS_MAP_ITEM_COUNT 0x2710U
#define MODBUS_MAP_LAST_ADDRESS (0x270FU)
#define MODBUS_MAP_ITEM_COUNT (0x2710U)


#define MODBUS_SLAVE_DEFAULT_ADDRESS 1U
#define MODBUS_CONNECTION_TIMEOUT_MS 1000U
#define MODBUS_SLAVE_DEFAULT_ADDRESS (1U)
#define MODBUS_CONNECTION_TIMEOUT_MS (1000U)


/*
* 供第一次与触摸屏联调使用的演示地址。
* TouchWin选择“起始地址为0”的Modbus RTU主站协议后，可直接访问这些地址。
/**
* @brief 与 TouchWin 触摸屏联调使用的演示地址。
*
* 可以直接访问以下地址。
*/ */
#define HMI_REG_DEVICE_ID 0U
#define HMI_REG_UPTIME_SECONDS 1U
#define HMI_REG_RX_FRAME_COUNT 2U
#define HMI_REG_WRITE_TEST 10U
#define HMI_COIL_WRITE_TEST 0U
#define HMI_REG_DEVICE_ID (0U)
#define HMI_REG_UPTIME_SECONDS (1U)
#define HMI_REG_RX_FRAME_COUNT (2U)
#define HMI_REG_WRITE_TEST (10U)
#define HMI_COIL_WRITE_TEST (0U)


/**
* @brief Modbus 从站通信统计信息。
*/
typedef struct typedef struct
{ {
uint32_t rx_event_count;
uint32_t valid_frame_count;
uint32_t tx_frame_count;
uint32_t crc_error_count;
uint32_t ignored_address_count;
uint32_t illegal_function_count;
uint32_t illegal_address_count;
uint32_t illegal_value_count;
uint32_t dropped_frame_count;
uint32_t uart_error_count;
} ModbusSlaveStats;

extern volatile ModbusSlaveStats g_modbus_slave_stats;

/*
* 初始化从站并启动USART DMA空闲接收。
* 必须在MX_USART1_UART_Init()和DMA初始化完成后调用。
uint32_t rxEventCount; ///< 串口接收事件总数。
uint32_t validFrameCount; ///< CRC 和从站地址均有效的帧数。
uint32_t txFrameCount; ///< 成功启动 DMA 发送的帧数。
uint32_t crcErrorCount; ///< CRC 校验错误帧数。
uint32_t ignoredAddressCount; ///< 因从站地址不匹配而忽略的帧数。
uint32_t illegalFunctionCount; ///< 非法功能码计数。
uint32_t illegalAddressCount; ///< 非法数据地址计数。
uint32_t illegalValueCount; ///< 非法数据值计数。
uint32_t droppedFrameCount; ///< 接收槽占用或长度错误导致的丢帧数。
uint32_t uartErrorCount; ///< HAL 串口错误计数。
} MODBUS_SLAVE_STATS;

/** @brief Modbus 从站通信统计数据。 */
extern volatile MODBUS_SLAVE_STATS ModbusSlaveStatistics;

/**
* @brief 初始化 Modbus 从站并启动 USART DMA 空闲接收。
* @param[in] huart 已由 HAL 初始化完成的串口句柄。
* @param[in] slaveAddress 从站地址，有效范围为 1～247。
* @retval HAL_OK 初始化成功且 DMA 接收已启动。
* @retval HAL_ERROR 输入参数无效。
* @retval HAL_BUSY 串口或 DMA 当前忙。
*/
HAL_StatusTypeDef ModbusSlaveInit(UART_HandleTypeDef *huart,
uint8_t slaveAddress);

/**
* @brief 校验并处理一帧待处理请求。
*
* 本函数应在 uC/OS-II 任务中周期调用。中断只负责接收数据，
* CRC 校验、协议解析和响应发送均在任务上下文中执行。
*/
void ModbusSlavePoll(void);

/**
* @brief 处理 HAL 串口 DMA 接收事件。
* @param[in] huart 产生接收事件的串口句柄。
* @param[in] size 本次接收到的字节数。
*/
void ModbusSlaveOnRxEvent(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t size);

/**
* @brief 处理 HAL 串口 DMA 发送完成事件。
* @param[in] huart 完成发送的串口句柄。
*/
void ModbusSlaveOnTxComplete(UART_HandleTypeDef *huart);

/**
* @brief 处理 HAL 串口错误事件并恢复接收。
* @param[in] huart 发生错误的串口句柄。
*/ */
HAL_StatusTypeDef ModbusSlave_Init(UART_HandleTypeDef *huart,
uint8_t slave_address);
void ModbusSlaveOnUartError(UART_HandleTypeDef *huart);


/*
* 在uC/OS-II任务中周期调用，用于校验并处理一帧请求。
* 中断只负责搬运数据，协议解析留在任务上下文中执行。
/**
* @brief 写入一个保持寄存器。
* @param[in] address 保持寄存器地址。
* @param[in] value 待写入的 16 位数据。
*/ */
void ModbusSlave_Poll(void);

/* 以下三个接口由STM32 HAL串口回调调用。 */
void ModbusSlave_OnRxEvent(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t size);
void ModbusSlave_OnTxComplete(UART_HandleTypeDef *huart);
void ModbusSlave_OnUartError(UART_HandleTypeDef *huart);

/* 应用层访问保持寄存器和线圈的接口。返回0表示地址非法。 */
uint8_t ModbusSlave_SetHoldingRegister(uint16_t address, uint16_t value);
uint8_t ModbusSlave_GetHoldingRegister(uint16_t address, uint16_t *value);
uint8_t ModbusSlave_SetCoil(uint16_t address, uint8_t state);
uint8_t ModbusSlave_GetCoil(uint16_t address, uint8_t *state);

/*
* 在timeout_ms时间内收到过有效请求即认为触摸屏在线。
* 该状态适用于实现任务要求中的连接/断线判断。
uint8_t ModbusSlaveSetHoldingRegister(uint16_t address, uint16_t value);

/**
* @brief 读取一个保持寄存器。
* @param[in] address 保持寄存器地址。
* @param[out] value 用于保存读取结果的指针。
*/
uint8_t ModbusSlaveGetHoldingRegister(uint16_t address, uint16_t *value);

/**
* @brief 设置一个线圈的状态。
* @param[in] address 线圈地址。
* @param[in] state 0 表示复位，非 0 表示置位。
*/ */
uint8_t ModbusSlave_IsConnected(uint32_t timeout_ms);
uint8_t ModbusSlaveSetCoil(uint16_t address, uint8_t state);

/**
* @brief 读取一个线圈的状态。
* @param[in] address 线圈地址。
* @param[out] state 用于保存线圈状态的指针，结果为 0 或 1。
*/
uint8_t ModbusSlaveGetCoil(uint16_t address, uint8_t *state);

/**
* @brief 判断指定时间内是否收到过有效请求。
* @param[in] timeoutMs 连接超时时间，单位为毫秒。
* @retval 1 从站在指定时间内收到过有效请求。
* @retval 0 尚未收到有效请求或连接已经超时。
*/
uint8_t ModbusSlaveIsConnected(uint32_t timeoutMs);


#ifdef __cplusplus #ifdef __cplusplus
} }
#endif #endif


#endif
#endif /* MODBUS_RTU_SLAVE_H */

+ 702
- 544
Modbus/Src/modbus_rtu_slave.c
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