移植 RT-Thread Nano 到 RISC-V

皋陶

本文介绍了如何移植 RT-Thread Nano 到 RISC-V 架构，以 Eclipse GCC 环境为例，基于一个 GD32V103 MCU 的基础工程作为示例进行讲解。

移植 Nano 的主要步骤：

• 准备一个基础的 Eclipse 工程，并获取 RT-Thread Nano 源码压缩包。
• 在基础工程中添加 RT-Thread Nano 源码，添加相应头文件路径。
• 适配 Nano，主要从 中断、时钟、内存、应用 这几个方面进行适配，实现移植。
• 最后可对 Nano 进行配置：Nano 是可裁剪的，通过配置文件 rtconfig.h 实现对系统的裁剪。
  
  

准备工作

• 下载 RT-Thread Nano 发布版本代码。
• 准备一份基础的裸机源码工程，如 LED 指示灯闪烁示例代码。
  
  

下载 Nano 源码

点击此处 下载 RT-Thread Nano 源码。

基础工程准备

在移植 RT-Thread Nano 之前，我们需要准备一个能正常运行的裸机工程。作为示例，本文使用的是基于 GD32V103 的一个 LED 闪烁程序。程序的主要截图如下：

在我们的例程中主要做了系统初始化与 LED 闪烁功能，编译下载程序后，就可以看到开发板上的 LED 在闪烁了。读者可以根据自己的需要使用的芯片，完成一个类似的裸机工程。

添加 RT-Thread Nano 到工程添加 Nano 源文件

在准备好的 Eclipse 工程下面新建 rtthread 文件夹，并在该文件中添加以下文件：

• Nano 源码中的 include、libcpu、src 文件夹。注意 libcpu 仅保留与该芯片架构相关的文件，如示例中使用的是 bunblebee 与 common。
• 配置文件：示例代码 rtthread-nano/bsp 中的两个文件：board.c 与 rtconfig.h。
  
  

重新打开 eclipse 工作空间，导入工程，rtthread 已经加载到工程中：

Cortex-M 芯片内核移植代码：

1. context_gcc.s
   
2. cpuport.c

复制代码

Kernel 文件包括：

1. clock.c
   
2. components.c
   
3. device.c
   
4. idle.c
   
5. ipc.c
   
6. irq.c
   
7. kservice.c
   
8. mem.c
   
9. object.c
   
10. scheduler.c
    
11. thread.c
    
12. timer.c

复制代码

板级配置代码及配置文件：

1. board.c
   
2. rtconfig.h

复制代码

添加头文件路径

右击工程，点击 properties 进入下图所示界面，点击 C/C++ Build -> settings ，分别添加汇编与 C 的头文件路径：添加 rtconfig.h 头文件所在位置的路径，添加 include 文件夹下的头文件路径。然后点击 C/C++ General -> Path and Symbols ，添加相应的头文件，最后点击应用即可。

适配 RT-Thread Nano修改 start.S

修改启动文件，实现 RT-Thread 的启动：由于 RT-Thread Nano 在 GCC 环境下的启动是由 entrry() 函数调用了启动函数 rt_thread_startup()，所以需要修改启动文件 start.S，使其在启动时先跳转至 entry() 函数执行，而不是跳转至 main()，这样就实现了 RT-Thread 的启动。

1. /* RT-Thread 在 GCC 下的启动方式 */
   
2. int entry(void)
   
3. {
   
4.     rtthread_startup();
   
5.     return 0;
   
6. }

复制代码

中断与异常处理

RT-Thread 提供中断管理方法，当系统没有实现类似中断向量表的功能，物理中断要和用户的中断服务例程相关联，就需要使用中断管理接口对中断进行管理，这样当发生中断时就可以触发相应的中断，执行中断服务例程。

本例程中的 gd32f103 芯片在启动文件中提供了中断向量表，用户可直接使用中断向量提供的函数实现对应 IRQ。当一个中断触发时，处理器将直接判定是哪个中断源，然后直接跳转到相应的固定位置进行处理，不需要再自行实现中断管理。

系统时钟配置

需要在 board.c 中实现 系统时钟配置（为 MCU、外设提供工作时钟）与 OS Tick 的配置（为操作系统提供心跳 / 节拍）。

配置示例如下图所示，riscv_clock_init() 配置了系统时钟，ostick_config() 配置了 OS Tick。

riscv_clock_init() 配置了系统时钟，示例如下：

ostick_config() 配置了 OS Tick，示例如下，此处 OS Tick 使用硬件定时器实现，需要用户在 board.c 中实现该硬件定时器的中断服务例程

eclic_mtip_handler() ，调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() 。

由于 eclic_mtip_handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现，做了系统 OS Tick，所以需要将自定义的 eclic_mtip_handler 删除，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

内存堆初始化

系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成，内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启，RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能，这样可以保持一个较小的体积，不用为内存堆开辟空间。

开启系统 heap 将可以使用动态内存功能，如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能，则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可，此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用，如下所示：

初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数，系统中默认使用数组作为 heap，并获取了 heap 的起始地址与结束地址，该数组大小可手动更改，如下所示：

注意：开启 heap 动态内存功能后，heap 默认值较小，在使用的时候需要改大，否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况，修改方法有以下两种：

• 可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小，至少大于各个动态申请内存大小之和，但要小于芯片 RAM 总大小。
• 也可以参考《RT-Thread Nano 移植原理》——实现动态内存堆 章节进行修改，使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址，使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址，这是 heap 能设置的最大值的方法。
  
  

编写第一个应用

移植好 RT-Thread Nano 之后，则可以开始编写第一个应用代码。此时 main() 函数就转变成 RT-Thread 操作系统的一个线程，现在可以在 main() 函数中实现第一个应用：板载 LED 指示灯闪烁，这里直接基于裸机 LED 指示灯进行修改。

• 首先在文件首部增加 RT-Thread 的相关头文件 <rtthread.h> 。
• 在 main() 函数中（也就是在 main 线程中）实现 LED 闪烁代码：初始化 LED 引脚、在循环中点亮 / 熄灭 LED。
• 将延时函数替换为 RT-Thread 提供的延时函数 rt_thread_mdelay()。该函数会引起系统调度，切换到其他线程运行，体现了线程实时性的特点。
  
  

编译程序之后下载到芯片就可以看到基于 RT-Thread 的程序运行起来了，LED 正常闪烁。

注意事项：当添加 RT-Thread 之后，裸机中的 main() 函数会自动变成 RT-Thread 系统中 main 线程 的入口函数。由于线程不能一直独占 CPU，所以此时在 main() 中使用 while(1) 时，需要有让出 CPU 的动作，比如使用 rt_thread_mdelay() 系列的函数让出 CPU。

与裸机 LED 闪烁应用代码的不同：

1). 延时函数不同： RT-Thread 提供的 rt_thread_mdelay() 函数可以引起操作系统进行调度，当调用该函数进行延时时，本线程将不占用 CPU，调度器切换到系统的其他线程开始运行。而裸机的 delay 函数是一直占用 CPU 运行的。

2). 初始化系统时钟的位置不同：移植好 RT-Thread Nano 之后，不需要再在 main() 中做相应的系统配置（如 hal 初始化、时钟初始化等），这是因为 RT-Thread 在系统启动时，已经做好了系统时钟初始化等的配置，这在上一小节 “系统时钟配置” 中有讲解。

配置 RT-Thread Nano

用户可以根据自己的需要通过打开或关闭 rtconfig.h 文件里面的宏定义，配置相应功能，如下是 rtconfig.h 的代码片段：

1. ...
   
2. 
   
3. // <h>IPC(Inter-process communication) Configuration
   
4. // <c1>Using Semaphore
   
5. //  <i>Using Semaphore
   
6. #define RT_USING_SEMAPHORE
   
7. // </c>
   
8. // <c1>Using Mutex
   
9. //  <i>Using Mutex
   
10. //#define RT_USING_MUTEX                 // 打开此宏则使能互斥量的使用
    
11. // </c>
    
12. // <c1>Using Event
    
13. //  <i>Using Event
    
14. //#define RT_USING_EVENT                 // 打开此宏则使能事件集的使用
    
15. // </c>
    
16. // <c1>Using MailBox
    
17. //  <i>Using MailBox
    
18. //#define RT_USING_MAILBOX              // 打开此宏则使能邮箱的使用
    
19. // </c>
    
20. // <c1>Using Message Queue
    
21. //  <i>Using Message Queue
    
22. //#define RT_USING_MESSAGEQUEUE          // 打开此宏则使能消息队列的使用
    
23. // </c>
    
24. // </h>
    
25. 
    
26. // <h>Memory Management Configuration
    
27. // <c1>Using Memory Pool Management
    
28. //  <i>Using Memory Pool Management
    
29. //#define RT_USING_MEMPOOL              // 打开此宏则使能内存池的使用
    
30. 
    
31. ...

复制代码

RT-Thread Nano 默认未开启宏 RT_USING_HEAP，故只支持静态方式创建任务及信号量。若要通过动态方式创建对象则需要在 rtconfig.h 文件里开启 RT_USING_HEAP 宏定义。完整配置详见 《 RT-Thread Nano 配置》。

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