嵌入式操作系统（RTOS）移植与实践：uC/OS-III 移植到 STM32F103C8T6

uC/OS-III（MicroC/OS-III）是一款由美国Micrium公司开发的抢占式实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计，具有高可靠性、可移植性强、可裁剪性好等特点。它是 uC/OS-II 的升级版本，在任务管理、性能优化和功能扩展方面有显著提升。主要特点：抢占式多任务调度支持最多255 个优先级，每个优先级可有多个任务，系统始终运行当前最高优先级的就绪任务，确保关键任务及时响应。支

芝士就是力量?

1925人浏览 · 2025-11-03 19:05:18

芝士就是力量? · 2025-11-03 19:05:18 发布

本文将介绍如何将实时操作系统 uC/OS-III 移植到 STM32F103 单片机上，并创建三个任务：一个每1秒闪烁LED，一个每3秒闪烁另一个LED，还有一个每2秒通过串口发送“hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境！”。内容包括移植步骤、代码实现和运行结果，帮助初学者了解RTOS的基本使用和多任务管理。

一.uc/OS-III简介

uC/OS-III（MicroC/OS-III）是一款由美国Micrium公司开发的抢占式实时操作系统（RTOS），专为嵌入式系统设计，具有高可靠性、可移植性强、可裁剪性好等特点。它是 uC/OS-II 的升级版本，在任务管理、性能优化和功能扩展方面有显著提升。

主要特点：

抢占式多任务调度
支持最多 255 个优先级，每个优先级可有多个任务，系统始终运行当前最高优先级的就绪任务，确保关键任务及时响应。
支持时间片轮转调度
对于同一优先级的多个任务，可启用时间片轮转调度，实现公平运行。
丰富的任务同步与通信机制
提供信号量（Semaphore）、互斥量（Mutex）、消息队列（Queue）、事件标志组（Flag）等，方便任务间协调。
可裁剪、可配置
通过 os_cfg.h 文件可灵活配置功能模块（如是否启用统计任务、时间片调度等），适应不同资源限制的硬件平台。
高度可移植性
核心代码用 C 语言编写，处理器相关部分（如上下文切换、中断处理）独立封装，便于移植到 ARM、RISC-V、MIPS 等多种架构。
确定性行为
所有操作的时间响应是可预测的，满足实时系统对时间的严格要求。
广泛的应用领域
常用于工业控制、医疗设备、消费电子、汽车电子等对稳定性和实时性要求高的场景。

与 uC/OS-II 的主要区别：

特性	uC/OS-II	uC/OS-III
最大任务数	64（优先级唯一）	255+，支持多任务同优先级
调度方式	仅抢占式	抢占式 + 时间片轮转
可扩展性	较低	高，支持动态创建/删除任务
内存管理	简单	支持内存分区管理

uC/OS-III 是一款成熟、稳定、高效的嵌入式实时操作系统，特别适合中高端嵌入式项目。通过学习其移植与应用，能够深入理解 RTOS 的工作原理，为开发复杂多任务系统打下坚实基础。

二. 使用STM32CubeMX配置HAL库

步骤1：创建新项目
1 打开 STM32CubeMX，并点击

在这里插入图片描述
2. 选择芯片：STM32F103C8T6，收藏后点击右上角Start Project

3.在RCC中选择外部高速晶振（只有选择了这个之后才能在后续配置时钟树）

4. 在SYS中选择调试接口

注：如果不选择的话就只能下载一次代码，后续下载之后可能需要点击复位键，比较麻烦

步骤2：配置时钟（Clock Configuration）
1、进入 Clock Configuration 标签页
在这里插入图片描述

设置 HSE 为 Crystal/Ceramic Resonator
将系统时钟（SYSCLK）设置为 72MHz（典型值）
- HCLK = 72MHz
- PCLK1 = 36MHz, PCLK2 = 72MHz

在这里插入图片描述
步骤3：选择PC13， PA3作为两个LED灯的端口
将PC13、 PA3配置为GPIO_Output

步骤4：USART1
在这里插入图片描述
步骤5：生成代码

Project Manager → 设置项目名、路径、工具链为 MDK-ARM V5
Code Generator Options:
- 勾选 Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files per peripheral
点击右上角 Generate Code生成代码

三. 移植 uC/OS-III文件

1、下载uC/OS-III源码

链接：https://pan.baidu.com/s/1pflsWUjJ_KaJDepWkzaJig?pwd=rpfs
提取码：rpfs

2、移植文件

步骤一：在工程项目中创建一个名为UCOSIII的文件夹
在这里插入图片描述
步骤二：将源码中uC-CPU、uC-LIB、uCOS-III粘贴到创建的文件夹中

步骤三：在工程目录Core_Src中新建一个文件夹OS，并将uCOS_CONFIG中下列文件粘贴到OS中

将下面的文件复制到OS文件夹下

3、keil设置

步骤1：新建组别
在这里插入图片描述
步骤2：将文件添加到组中
（1）bsp组:

bsp.c
bsp.h

在这里插入图片描述
（2） uCOSIII-CPU组:

位于 UCOSIII/uC-cpu 文件夹中的:

cpu_core.c
cpu_core.h
cpu_def.h

位于 UCOSIII/uC-cpu/ARM-Cortex-M4/RealView 文件夹中的:

cpu.h
cpu_a.asm
cpu_c.c

在这里插入图片描述
（3） uCOSIII-LIB组:

位于 UCOSIII/uC-LIB 文件夹中的9个文件:

lib_str.h
lib_ascii.c
lib_ascii.h
lib_def.h
lib_math.c
lib_math.h
lib_mem.c
lib_mem.h
lib_str.c

位于 UCOSIII/uC-LIB/Ports/ARM-Cortex-M4/RealView 文件夹中的:

lib_mem_a.asm

在这里插入图片描述
（4）uCOSIII-Ports组:

位于 UCOSIII/uCOS-III/Ports/ARM-Cortex-M4/Generic/RealView 文件夹中的:

os_cpu.h
os_cpu_a.asm
os_cpu_c.c

在这里插入图片描述
（5） uCOSIII-Source组:

位于 UCOSIII/uCOS-III/Source 文件夹中的20个文件:

os_stat.c
os_task.c
os_tick.c
os_time.c
os_tmr.c
os_type.h
os_var.c
os.h
os_cfg_app.c
os_core.c
os_dbg.c
os_flag.c
os_int.c
os_mem.c
os_msg.c
os_mutex.c
os_pend_multi.c
os_prio.c
os_q.c
os_sem.c

在这里插入图片描述
（6）OS_cfg组:

位于Core/Src/OS文件夹中的8个文件:

os_cfg_app.h
app_cfg.h
cpu_cfg.h
includes.h
lib_cfg.h
os_app_hooks.c
os_app_hooks.h
os_cfg.h

在这里插入图片描述
添加文件路径：

4、修改文件

将PendSV Handler、SysTick Handler改为OS_CPU_PendSVHandler、OS_CPU_SysTickHandler
在这里插入图片描述
在173行处进行同样的修改

lib_cfg.h对第120行进行更改

#define  LIB_MEM_CFG_HEAP_SIZE          10u * 1024u

在这里插入图片描述
在usart.c中编写printf的重定向，并在头部添加#include "stdio.h"

//添加头文件#include "stdio.h"
/* USER CODE BEGIN 1 */
int fputc(int ch,FILE *f){
	HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xffff);
	return ch;
}
/* USER CODE END 1 */

5、编写主程序代码

main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "gpio.h"
#include "usart.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <includes.h>
#include "stm32f1xx_hal.h"
/* USER CODE END Includes */
 
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
 
/* USER CODE END PTD */
 
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* 任务优先级 */
#define START_TASK_PRIO		3
#define LED0_TASK_PRIO		4
#define MSG_TASK_PRIO		5
#define LED1_TASK_PRIO		6
 
/* 任务堆栈大小	*/
#define START_STK_SIZE 		96
#define LED0_STK_SIZE 		64
#define MSG_STK_SIZE 		64
#define LED1_STK_SIZE 		64
 
/* 任务栈 */	
CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];
CPU_STK LED0_TASK_STK[LED0_STK_SIZE];
CPU_STK MSG_TASK_STK[MSG_STK_SIZE];
CPU_STK LED1_TASK_STK[LED1_STK_SIZE];
 
/* 任务控制块 */
OS_TCB StartTaskTCB;
OS_TCB Led0TaskTCB;
OS_TCB MsgTaskTCB;
OS_TCB Led1TaskTCB;
 
/* USER CODE END PD */
 
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
 
/* USER CODE END PM */
 
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
 
/* USER CODE BEGIN PV */
 
/* 任务函数定义 */
void start_task(void *p_arg);
static  void  AppTaskCreate(void);
static  void  AppObjCreate(void);
static  void  led_pc13(void *p_arg);
static  void  send_msg(void *p_arg);
static  void  led_pa3(void *p_arg);
/* USER CODE END PV */
 
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
 
/* USER CODE END PFP */
 
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
 
  /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /**Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks 
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
 
  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}
 
/* USER CODE END 0 */
 
/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
	OS_ERR  err;
	OSInit(&err);
  HAL_Init();
	SystemClock_Config();
	//MX_GPIO_Init(); 这个在BSP的初始化里也会初始化
  MX_USART1_UART_Init();	
	/* 创建任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB     *)&StartTaskTCB,                /* Create the start task                                */
				 (CPU_CHAR   *)"start task",
				 (OS_TASK_PTR ) start_task,
				 (void       *) 0,
				 (OS_PRIO     ) START_TASK_PRIO,
				 (CPU_STK    *)&START_TASK_STK[0],
				 (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE/10,
				 (CPU_STK_SIZE) START_STK_SIZE,
				 (OS_MSG_QTY  ) 0,
				 (OS_TICK     ) 0,
				 (void       *) 0,
				 (OS_OPT      )(OS_OPT_TASK_STK_CHK | OS_OPT_TASK_STK_CLR),
				 (OS_ERR     *)&err);
	/* 启动多任务系统，控制权交给uC/OS-III */
	OSStart(&err);            /* Start multitasking (i.e. give control to uC/OS-III). */
               
}
 
 
void start_task(void *p_arg)
{
	OS_ERR err;
	CPU_SR_ALLOC();
	p_arg = p_arg;
	
	/* YangJie add 2021.05.20*/
  BSP_Init();                                                   /* Initialize BSP functions */
  //CPU_Init();
  //Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module */
 
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
   OSStatTaskCPUUsageInit(&err);  		//统计任务                
#endif
	
#ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN			//如果使能了测量中断关闭时间
    CPU_IntDisMeasMaxCurReset();	
#endif
 
#if	OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN  		//当使用时间片轮转的时候
	 //使能时间片轮转调度功能,时间片长度为1个系统时钟节拍，既1*5=5ms
	OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);  
#endif		
	
	OS_CRITICAL_ENTER();	//进入临界区
	/* 创建LED0任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led0TaskTCB,		
				 (CPU_CHAR	* )"led_pc13", 		
                 (OS_TASK_PTR )led_pc13, 			
                 (void		* )0,					
                 (OS_PRIO	  )LED0_TASK_PRIO,     
                 (CPU_STK   * )&LED0_TASK_STK[0],	
                 (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE/10,	
                 (CPU_STK_SIZE)LED0_STK_SIZE,		
                 (OS_MSG_QTY  )0,					
                 (OS_TICK	  )0,					
                 (void   	* )0,					
                 (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                 (OS_ERR 	* )&err);		
 
/* 创建LED1任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&Led1TaskTCB,		
				 (CPU_CHAR	* )"led_pa3", 		
                 (OS_TASK_PTR )led_pa3, 			
                 (void		* )0,					
                 (OS_PRIO	  )LED1_TASK_PRIO,     
                 (CPU_STK   * )&LED1_TASK_STK[0],	
                 (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE/10,	
                 (CPU_STK_SIZE)LED1_STK_SIZE,		
                 (OS_MSG_QTY  )0,					
                 (OS_TICK	  )0,					
                 (void   	* )0,					
                 (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR,
                 (OS_ERR 	* )&err);										 
				 
	/* 创建MSG任务 */
	OSTaskCreate((OS_TCB 	* )&MsgTaskTCB,		
				 (CPU_CHAR	* )"send_msg", 		
                 (OS_TASK_PTR )send_msg, 			
                 (void		* )0,					
                 (OS_PRIO	  )MSG_TASK_PRIO,     	
                 (CPU_STK   * )&MSG_TASK_STK[0],	
                 (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE/10,	
                 (CPU_STK_SIZE)MSG_STK_SIZE,		
                 (OS_MSG_QTY  )0,					
                 (OS_TICK	  )0,					
                 (void   	* )0,				
                 (OS_OPT      )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, 
                 (OS_ERR 	* )&err);
				 
	OS_TaskSuspend((OS_TCB*)&StartTaskTCB,&err);		//挂起开始任务			 
	OS_CRITICAL_EXIT();	//进入临界区
}
/**
  * 函数功能: 启动任务函数体。
  * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
static  void  led_pc13 (void *p_arg)
{
  OS_ERR      err;
 
  (void)p_arg;
 
  BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
  CPU_Init();
 
  Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */
 
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
  OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
#endif
 
  CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
 
  AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */
 
  AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */
 
  while (DEF_TRUE)
  {
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 1, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */
 
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
 
static  void  led_pa3 (void *p_arg)
{
  OS_ERR      err;
 
  (void)p_arg;
 
  BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
  CPU_Init();
 
  Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */
 
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
  OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
#endif
 
  CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
 
  AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */
 
  AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */
 
  while (DEF_TRUE)
  {
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
		HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET);
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 3, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */
 
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
 
static  void  send_msg (void *p_arg)
{
  OS_ERR      err;
 
  (void)p_arg;
 
  BSP_Init();                                                 /* Initialize BSP functions                             */
  CPU_Init();
 
  Mem_Init();                                                 /* Initialize Memory Management Module                  */
 
#if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u
  OSStatTaskCPUUsageInit(&err);                               /* Compute CPU capacity with no task running            */
#endif
 
  CPU_IntDisMeasMaxCurReset();
 
  AppTaskCreate();                                            /* Create Application Tasks                             */
 
  AppObjCreate();                                             /* Create Application Objects                           */
 
  while (DEF_TRUE)
  {
			printf("hello uc/OS! 欢迎来到RTOS多任务环境 \r\n");
		OSTimeDlyHMSM(0, 0, 2, 0,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err);
    /* USER CODE END WHILE */
 
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}
 
 
/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
  * 函数功能: 创建应用任务
  * 输入参数: p_arg 是在创建该任务时传递的形参
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
static  void  AppTaskCreate (void)
{
  
}
 
 
/**
  * 函数功能: uCOSIII内核对象创建
  * 输入参数: 无
  * 返 回 值: 无
  * 说    明：无
  */
static  void  AppObjCreate (void)
{
 
}
 
/* USER CODE END 4 */
 
/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
 
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
 
#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{ 
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
 

/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/