real time cpp下載 - real time cpp原始碼下載

real time cpp

C/C++

1.0.0

下載

實時C++

這是 CM Kormanyos，即時 C++：高效物件導向和模板微控制器編程，第四版（施普林格，海德堡，2021 年）ISBN 9783662629956 書的配套代碼。

該存儲庫有幾個主要部分。

參考應用程式ref_app位於 ref_app。這也包括基準。
書中的例子
書中的程式碼片段

GNU/GCC 交叉編譯器和在Win*上運行的各種附加工具（如下所述某些建置可選需要）可以在相關的 ckormanyos/real-time-cpp-toolchains 儲存庫中找到。

參考應用的詳細信息

參考應用程式使用小型啟動程式碼啟動，隨後初始化瘦微控制器抽象層 (MCAL)。然後控制權被傳遞到一個簡單的多任務調度程序，該調度程序管理 LED 應用程式、調用循環基準測試任務並為看門狗提供服務。

LED 應用程式以以下頻率切換使用者 LED $frac{1}{2}~text{Hz}$結果是 LED 亮起一秒鐘，LED 熄滅一秒鐘。 LED 應用程式循環且永久地運行，不會中斷或暫停。

參考應用程式與 C++14、17、20、23 及更高版本相容。

可移植性

應用軟體只需實現一次，並在 ref_app 中的每個支援的目標上統一使用。各個目標之間的差異僅出現在與晶片特定和板特定啟動/MCAL 細節相關的較低軟體層中。

透過這種方式，該計畫展現出高水準的可移植性。

參考應用程式中支援的目標

參考應用程式支援以下目標：

目標名稱（在建置命令中使用）	目標描述	*（麵包板）
`avr`	MICROCHIP(R) [前 ATMEL(R)] AVR(R) ATmega328P	X
`atmega2560`	MICROCHIP(R) [前 ATMEL(R)] AVR(R) ATmega2560
`atmega4809`	MICROCHIP(R) [前 ATMEL(R)] AVR(R) ATmegax4809	X
`am335x`	BeagleBone 與 Texas Instruments(R) AM335x ARM(R) A8
`bcm2835_raspi_b`	帶有 ARM1176-JZFS(TM) 的 RaspberryPi(R) 零
`Debug` / `Release`	`Win*`上的 PC 透過 MSVC x64 編譯器`Debug` / `Release`
`host`	`Win` / `mingw64` / `nix`上的 PC/工作站（透過主機編譯器）
`lpc11c24`	NXP(R) OM13093 LPC11C24 板 ARM(R) Cortex(R)-M0+
`nxp_imxrt1062`	Teensy 4.0 板 / NXP(R) iMXRT1062 ARM(R) Cortex(R)-M7	X
`riscvfe310`	SiFive RISC-V FE310 SoC
`rl78`	瑞薩(R) RL78/G13
`rpi_pico_rp2040`	具有雙 ARM(R) Cortex(R)-M0+ 的 RaspberryPi(R) Pico RP2040	X
`rpi_pico2_rp2350`	具有雙 ARM(R) Cortex(R)-M33 的 RaspberryPi(R) Pico2 RP2350	X
`rx63n`	瑞薩(R) RX630/RX631
`stm32f100`	意法半導體(R) STM32F100 ARM(R) Cortex(R)-M3	X
`stm32f407`	意法半導體(R) STM32F407 ARM(R) Cortex(R)-M4F
`stm32f429`	意法半導體(R) STM32F429 ARM(R) Cortex(R)-M4F
`stm32f446`	意法半導體(R) STM32F446 ARM(R) Cortex(R)-M4F
`stm32h7a3`	意法半導體(R) STM32H7A3 ARM(R) Cortex(R)-M7
`stm32l100c`	意法半導體(R) STM32L100 ARM(R) Cortex(R)-M3	X
`stm32l152`	意法半導體(R) STM32L152 ARM(R) Cortex(R)-M3
`stm32l432`	意法半導體(R) STM32L432 ARM(R) Cortex(R)-M4F	X
`v850es_fx2`	瑞薩電子 V850es/Fx2 upd703231
`wch_ch32v307`	WCH CH32v307 RISC-V板
`wch_ch32v307_llvm`	WCH CH32v307 RISC-V 板（但使用 LLVM 工具鏈）
`x86_64-w64-mingw32`	透過 GNU/GCC x86_x64 編譯器執行`Win*` / `mingw64`的 PC
`xtensa32`	樂鑫 (XTENSA) NodeMCU ESP32	X

在此表中，*（麵包板）表示該板（或其某些版本）可以輕鬆地與普通麵包板一起使用。這可能需要一些非常簡單的手動焊接/安裝插頭引腳。

參考應用程式入門

使用受支援的板之一開始參考應用程式是最簡單的，例如avr (ARDUINO) 或bcm2835_raspi_b (RaspberryPi ZERO) 或am335x (BeagleBoneBlack) 等。

參考應用程式使用交叉開發，並且建置系統受以下支援：

*nix make 工具與 LINUX/MacOS 上的 Bash/GNUmake（bash 腳本）結合使用，
透過外部 Makefile與批次腳本或 Microsoft(R) Visual Studio(R) 結合，在Win*上移植了*nix式的 make 工具，
MICROCHIP(R) [前 ATMEL(R)] Studio on Win* ，
或獨立於平台的 CMake。

成功完成建置後，產生的工件包括 HEX 檔案（例如ref_app.hex ）、映射檔案、大小報表等，可在bin目錄中找到。

使用 Bash Shell 腳本和 GNU make 構建

開始使用*nix上的參考應用程式

在 ref_app 目錄中開啟終端機。
終端應直接位於 ref_app 中，以便計算出路徑（由即將到來的建置找到）。
辨識 Bash shell 腳本 ref_app/target/build/build.sh。
考慮您想要建立哪種配置（例如target avr ）。
使用以下命令執行build.sh ： ./target/build/build.sh avr rebuild 。
此 shell 腳本使用參數avr rebuild呼叫 GNU make，隨後為target avr重建整個解決方案。
如果您缺少 AVR GCC 工具並需要在*nix上取得它們，請執行sudo apt install gcc-avr avr-libc 。

在`*nix`上為`target avr`的範例

我們現在將舉例說明如何在*nix中的命令 shell 上為target avr建立參考應用程式。該目標系統基本上包括任何ARDUINO(R) 相容板。這也是書中自製板實際使用的板相容性。

如果需要，安裝gcc-avr 。

sudo apt install gcc-avr avr-libc

克隆或取得 ckormanyos/real-time-cpp 儲存庫。然後建構：

 cd real-time-cpp
cd ref_app
./target/build/build.sh avr rebuild

針對`target stm32f446`在`*nix`上建構的範例

現在，我們將舉例說明如何在*nix中的命令 shell 上為 ARM(R) 目標建立參考應用程式。例如，考慮建構變體target stm32f446 。 STMicroElectronics(R) 的 NUCLEO-F446RE 板可以方便地用於此目的。

如有需要，安裝gcc-arm-none-eabi 。

sudo apt install gcc-arm-none-eabi

克隆或取得 ckormanyos/real-time-cpp 儲存庫。然後建構：

 cd real-time-cpp
cd ref_app
./target/build/build.sh stm32f446 rebuild

在 MacOS 上為`target stm32f446`建置的範例

現在，我們將舉例說明如何在 MacOS 的命令 shell 中為 ARM(R) 目標建立參考應用程式。例如，考慮建構變體target stm32f446 。 STMicroElectronics(R) 的 NUCLEO-F446RE 板可以方便地用於此目的。

克隆或取得 ckormanyos/real-time-cpp 儲存庫。

MacOS 上的 GNUmake 預設版本 3.81（現在）可以使用。此儲存庫中使用的 make 檔案已與其相容。有關背景信息，另請參閱第 273 期。

透過直接手動呼叫make來建立目標。

 cd real-time-cpp
cd ref_app
make -f target/app/make/app_make.gmk rebuild TGT=stm32f446

如果需要工具鏈，則必須在建立參考應用程式的目標之前安裝或檢索它。

如果需要，您可以透過wget取得（或選擇安裝） gcc-arm-none-eabi工具鏈。在這種情況下，我發現使用適用於 MacOS 的現代gcc-arm-none-eabi很方便，可以在 Arm GNU Toolchain Downloads 中找到它。

可以透過wget取得arm-non-eabi工具鏈並在 shell 本地成功使用。如果需要，請按照以下逐步程序進行操作。

步驟1：建立一個本機目錄（例如macos-gnu-arm-toolchain ）並cd進入該目錄。

 cd real-time-cpp
mkdir -p macos-gnu-arm-toolchain
cd macos-gnu-arm-toolchain

步驟 2：使用wget取得工具鏈的 tarball，解壓縮並將編譯器的bin目錄加入 shell 的可執行路徑中。

wget --no-check-certificate https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu/12.2.rel1/binrel/arm-gnu-toolchain-12.2.rel1-darwin-x86_64-arm-none-eabi.tar.xz
tar -xvf arm-gnu-toolchain-12.2.rel1-darwin-x86_64-arm-none-eabi.tar.xz
PATH= $( pwd ) /arm-gnu-toolchain-12.2.rel1-darwin-x86_64-arm-none-eabi/bin: $PATH

步驟 3：可選擇echo PATH以進行快速路徑檢查。查詢arm-non-eabi-g++的版本也很有幫助。這有望驗證工具鏈是否已正確添加到此 shell 的本地PATH中。

 echo $PATH
arm-none-eabi-g++ -v

現在只需使用命令透過直接呼叫make來建立目標（與上面*nix情況所示的相同）。

 cd real-time-cpp
cd ref_app
make -f target/app/make/app_make.gmk rebuild TGT=stm32f446

使用 VisualStudio(R) 專案和 CMD Batch 進行構建

開始使用Win*上的參考應用程式

克隆或取得 ckormanyos/real-time-cpp 儲存庫。
取得並設定（從 ckormanyos/real-time-cpp-toolchains 儲存庫）在Win*上執行的任何所需的 GNU/GCC 交叉編譯器，如下面幾段詳細所述。
啟動 Visual Studio(R) 2019（或更高版本，社群版即可）
開啟 ref_app 目錄中的解決方案ref_app.sln 。
選擇所需的配置。
然後重建整個解決方案。

Microsoft(R) VisualStudio(R) 中的ref_app大量使用使用外部Makefile類型的專案工作區的交叉開發。 GNUmake 在建置過程中透過批次檔呼叫。隨後它與幾個 Makefile 結合運行。

要為 Win32 建立除Debug或Release之外的任何ref_app目標，需要交叉編譯器（GNU/GCC 交叉編譯器）。有關更多詳細信息，請參閱下面的文字。

在Win*上運行的 GNU/GCC 交叉編譯器旨在用於 VisualStudio(R) 上的參考應用程序，可以在工具鏈存儲庫 ckormanyos/real-time-cpp-toolchains 中找到。工具鏈儲存庫包含有關安裝、移動和使用這些移植的 GNU/GCC 編譯器的詳細說明。

有關Win*的 GNUmake 的注意事項：可以在 ckormanyos/make-4.2.1-msvc-build 儲存庫中找到能夠在Win*上使用的 GNUmake。如果需要，請克隆或取得此儲存庫的程式碼。使用 MSVC（即 VC 14.2 或更高版本，社群版即可）在其x64 Release配置中建置make-4.2.1 。

使用跨環境 CMake 進行構建

跨環境CMake可以建立參考應用程式。為此，也為每個受支援的目標建立了 CMake 檔案。

例如，考慮使用 CMake 為avr目標建立參考應用程式。其模式如下所示。

 cd real-time-cpp
mkdir build
cd build
cmake ../ref_app -DTRIPLE=avr -DTARGET=avr -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../ref_app/cmake/gcc-toolchain.cmake
make -j ref_app

例如，我們現在將考慮使用 CMake 為受支援的 ARM(R) 目標之一建立參考應用程式。其模式如下所示。在這種情況下，我們需要確定以下 make 選項：

-DTRIPLE=avr -DTARGET=avr

將這些選項切換為正在建置的基於stm32f446 ARM(R) 的目標的選項。

-DTRIPLE=arm-none-eabi -DTARGET=stm32f446

讓我們完整地闡明指令，以便執行stm32f446 （即採用 Cortex(R)-M4F 的 ST Micro electronics(R) STM32F446 ARM(R)）的 CMake 建置。

 cd real-time-cpp
mkdir build
cd build
cmake ../ref_app -DTRIPLE=arm-none-eabi -DTARGET=stm32f446 -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../ref_app/cmake/gcc-toolchain.cmake
make -j ref_app

使用 CMake 建置其他目標時，請遵循標準*nix模式進行建置。也可以使用 CMake 建置x86_64-w64-mingw32或來自 MSYS、Cygwin 或任何類似*nix的 shell 或控制台的host也應該可以工作。

以下命令序列將在類似*nix的 shell 或控制台上為本機host建置。

 cd real-time-cpp
mkdir build
cd build
cmake ../ref_app -DTARGET=host -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../ref_app/cmake/gcc-toolchain.cmake
make -j ref_app

使用 MICROCHIP 的 ATMEL Studio 進行構建

還有一個適用於 ATMEL(R ref_app.atsln AtmelStudio(R) 7 的工作區解決方案。參考應用程式以及每個範例都有 ATMEL Studio 專案。此儲存庫中的 ATMEL Studio 專案僅支援 AVR 目標。

如果您決定使用 ATMEL Studio，則不需要為這些項目使用或包含任何其他程式庫（除了在 ATMEL Studio 標準安裝期間通常安裝的程式庫）。

目標詳情

包括啟動程式碼和連結器定義檔在內的目標詳細資訊可以在 ref_app/target 目錄及其子目錄中找到。每個受支援的目標微控制器系統都有單獨的子目錄。

稱為target avr MICROCHIP(R) [前 ATMEL(R)] AVR(R) 配置在經典的 ARDUINO(R) 相容板上運行。程式會切換portb.5上的黃色 LED。

MICROCHIP(R) [前 ATMEL(R)] ATmega4809 配置稱為target atmega4809在 ARDUINO(R) EVERY 相容板上運行，內部諧振器時脈頻率為 $20~text{MHz}$ 。此程式切換porte.2上的黃色 LED（即D5 ）。

Espressif (XTENSA) NodeMCU ESP32 實作使用 Espressif SDK 的子集來執行參考應用程序，並僅在其 1 個核心上執行單一作業系統任務。

NXP(R) OM13093 LPC11C24 板 ARM(R) Cortex(R)-M0+ 配置稱為“目標 lpc11c24”，可切換port0.8上的 LED。

ARM(R) Cortex(R)-M3 配置（稱為target stm32f100 ）在 ST Micro electronics(R) 出售的 STM32VL-DISCOVERY 板上運行。此程式切換portc.8上的藍色 LED。

第二個 ARM(R) Cortex(R)-M3 配置（稱為target stm32l100c ）在 ST Micro electronics(R) 出售的 STM32L100-DISCOVERY 板上運行。此程式切換portc.8上的藍色 LED。

第三個 ARM(R) Cortex(R)-M3 配置（稱為target stm32l152 ）在 ST Micro electronics(R) 出售的 STM32L152C-DISCOVERY 板上運行。此程式切換portb.6上的藍色 LED。

第一個 ARM(R) Cortex(R)-M4F 配置（稱為target stm32f407 ）在 ST Micro electronics(R) 出售的 STM32F4-DISCOVERY 板上運行。程式會切換portd.15上的藍色 LED。

另一種 ARM(R) Cortex(R)-M4F 配置（稱為target stm32f446 ）在 ST Micro electronics(R) 出售的 STM32F446-NUCLEO-64 板上運行。程式會切換porta.5上的綠色 LED。為有興趣的人提供了該系統的臭氧調試文件。

第一個 ARM(R) Cortex(R)-M7 配置（稱為target stm32h7a3 ）在 ST Micro electronics(R) 出售的 STM32H7A3-NUCLEO-144 板上運行。程式會切換portb.0上的綠色 LED。

ARM(R) A8 配置（稱為target am335x ）在 BeagleBone 板（黑色版）上運作。對於白色版本，CPU 時鐘需要從 $900~text{MHz}$類似的東西 $600~text{MHz}$ 。該專案為 BeagleBone 創建了一個裸機程序，該程序獨立於板上任何類型的*nix發行版運行。我們的程式旨在從儲存在 FAT32 SDHC 微卡上的名為MLO的原始二進位檔案啟動 BeagleBone。此二進位檔案包括一個由兩個 32 位元整數組成的特殊引導標頭。程式從 SD 卡載入到 RAM 記憶體並隨後執行。開啟 BeagleBone black 時，必須在給板通電時按下啟動按鈕 (S2)。此程式切換第一個使用者 LED（ port1.21上的 LED1）。

ARM(R) 1176-JZF-S 配置（稱為target bcm2835_raspi_b ）在 RaspberryPi(R) Zero (PiZero) 單核心控制器上執行。該專案為 PiZero 創建了一個裸機程式。程式獨立於板上任何類型的*nix發行版運行。我們的程式旨在從原始二進位啟動 PiZero。原始二進位檔案稱為kernel.img ，它儲存在 FAT32 SDHC 微卡上。程式objcopy可用於使用輸出標誌-O binary從 ELF 檔案中提取原始二進位。 kernel.img 檔案與其他三個檔案一起儲存在 SD 卡上：bootcode.bin、start.elf 和（可選）config.txt，所有這些都在網路上進行了描述。此儲存庫中包含運行裸機參考應用程式的 SD 卡的完整 PiZero 啟動內容集。此程式在 GPIO 索引0x47處切換 GPIO 狀態 LED。

rpi_pico_rp2040目標配置採用雙核心 ARM(R) Cortex(R)-M0+ 的 RaspberryPi(R) Pico RP2040，時脈頻率為 $133~text{MHz}$ 。低階啟動透過核心 0 啟動。核心 1 隨後執行閃爍應用程序，而核心 0 進入無限的空閒循環。為有興趣的人提供了該系統的臭氧調試文件。複雜（且記錄很少）的雙核心啟動的逆向工程起源於Blinky_Pico_dual_core_nosdk儲存庫，並取自（非常感謝）。

rpi_pico2_rp2350目標配置採用雙核心 ARM(R) Cortex(R)-M33 的 RaspberryPi(R) Pico2 RP2350，時脈頻率為 $150~text{MHz}$ 。它的引導結構與2040基本相同。同樣，雙核心啟動是由現代化的Blinky_Pico2_dual_core_nosdk儲存庫中揭示的努力開創的。

目標v850es_fx2使用經典的 Renesas(R) V850es/Fx2 核心。使用 F-Line Drive It入門套件上的 upd703231 微控制器衍生產品。

riscvfe310目標在 Spark Fun 的商用Red Thing Plus板上使用 SiFive RISC-V FE310 SoC。連接埠GPIO0.5上的藍色 LED 已切換。

wch_ch32v307的適配在 WCH CH32v307 板上運作。它GPIOC.0南京勤恆微電子有限公司的RISC-V CH32v307微控制器。類似的適配wch_ch32v307_llvm本質上是相同的，只是它使用 LLVM RISC-V 工具鏈而不是 GCC RISC-V。

目標nxp_imxrt1062在 Spark Fun 的 Teensy 4.0 板上運行。橘色使用者 LED 已切換。

對於其他相容板，請隨時直接與我聯繫或提交問題，請求為您所需的目標系統提供支援。

基準測試

基準測試提供了可擴展、便攜的方法來識別微控制器的性能和性能等級。有關更多信息，請參閱基準測試頁面上的詳細信息。

全裸機

此儲存庫中的項目使用自行編寫的啟動程式碼，以裸機、裸機模式進行無作業系統程式設計。除了本機 C++ 及其自己的標準函式庫之外，不使用任何外部函式庫。

例如，考慮 BeagleBone Black Edition（BBB，也稱為target am335x ），它是此儲存庫中支援的幾種流行目標系統之一。此板上的項目從 SD 卡上的二進位映像檔MLO啟動。與此儲存庫中的所有其他項目一樣，BBB 專案執行自己的靜態初始化和晶片初始化（即，在本例中為 ARM(R) 8 AM335x 處理器的晶片初始化）。 BBB 專案在初始化之後，隨後跳到main()它初始化am335x MCAL 並啟動我們自己編寫的多任務調度程式。

下圖描繪了運作中的裸機 BeagleBone Black Edition。在這種裸機運作模式下，BBB上沒有運作*nix作業系統，沒有鍵盤、沒有滑鼠、沒有顯示器、沒有偵錯介面、沒有模擬器。

板上的微控制器正在循環執行上述基準測試之一。在多任務操作中，第一個使用者 LED 在port1.21上切換，示波器在數位 I/O port1.15 （BBB 的接頭引腳P8.15上擷取基準時間訊號的即時測量結果。

建置狀態徽章代表夜間 CI 建置和測試的狀態。

現代`avr-gcc`工具鏈

倉庫 ckormanyos/avr-gcc-build 為x86_64-linux-gnu和x86_64-w64-mingw32最新的avr-gcc工具鏈。 Shell 和 YAML 腳本直接從 GHA 運行器上的原始程式碼建置avr-gcc 。此外，偶爾的 GitHub 版本也為x86_64-linux-gnu和x86_64-w64-mingw32提供預先建置的avr-gcc工具鏈。

這個儲存庫是學習如何從原始碼建立自己的avr-gcc工具鏈的好地方。簡單明了、描述良好的 shell 和 YAML 腳本易於理解、使用或改編。

如上所述，ckormanyos/real-time-cpp-toolchains 中描述了更詳細、更廣泛的嵌入式工具鏈。其中包括前面提到的avr-gcc工具鏈以及其他工具鏈（有些在其他地方很難找到）。

GNU/GCC 編譯器

參考應用程式和範例（以及程式碼片段）可以使用 GNU/GCC 編譯器和 GNUmake 在*nix上建置。假定*nix上的 GNU/GCC 交叉編譯器和 GNUmake 在標準可執行路徑中可用，例如在標準 get-install 實作之後。

工具鏈儲存庫 realtime-cpp-toolchains 中提供了一些針對Win*移植 GNU/GCC 交叉編譯器。在 Microsoft(R) VisualStudio(R) 中進行開發/建置時，這些可以與參考應用程式中的微控制器解決方案配置一起使用。各種其他 GNU 工具（例如 GNUmake、SED 等）已被移植並可以在那裡找到。當在Win*上建立交叉嵌入式專案（例如ref_app時，這些在 Makefile 中使用。

在Win*上的參考應用程式中，Makefile 對各個工具和 GNU/GCC 工具鏈使用自訂的預設位置。 Win*上的工具鏈預設位置是./ref_app/tools/Util/msys64/usr/local 。這個特定的工具鏈位置受到msys2 / mingw64系統的啟發。

用於在Win*上跨 MSVC/GCC 建構的工具鏈應位於此處。這些工具鏈不是此儲存庫的一部分，當使用受支援的Win*版本時，或選擇將 VisualStudio(R) 專案與 CMD Batch 一起使用時，有必要單獨取得這些工具鏈。

有關取得和使用Win*上跨 MSVC/GCC 建立的工具鏈的詳細說明，請參閱 realtime-cpp-toolchains 儲存庫。這些說明提供了在選擇 Microsoft(R) VisualStudio(R) 專案（透過通常的上述 MSVC/ Win*方式）建立參考應用程式時使用這些工具鏈的指導。