在VEGA RISC-V开发板上运行FreeRTOS

sky

在“使用Eclipse和MCUXpresso IDE调试RV32M1-VEGA RISC-V开发板”中，我们介绍了如何构建和调试基于VEGA RISC-V开发板的应用程序。在本文中，我们将介绍如何基于最新的FreeRTOS V10.2.0版本为RISC-V开发板启用FreeRTOS。

在VEGA RISC-V板上运行FreeRTOS闪烁程序

最新发布的FreeRTOS V10.2.0版本提供了对RISC-V ISA的基本支持。本文介绍如何将FreeRTOS添加到VEGA SDK应用程序中，然后使用NXP MCUXpresso IDE或任何其它Eclipse IDE，以及GNU MCU Eclipse插件运行该示例程序：

VEGA RISC-V开发板上的FreeRTOS

以下是我们所需的组件：

1.   MCUXpresso IDE以及VEGA RISC-V开发板

2.  GitHub的McuLib和FreeRTOS

在现有VEGA项目启用FreeRTOS，请执行以下步骤：

1.    在MCUXpresso IDE中新建一个基于VEGA RISC-V（RI5CY）的项目，或使用VEGA SDK for RISC-V中的现有项目

2.    添加McuLib和FreeRTOS端口

McuLibrary

3.    将以下包含添加到编译器包含的库中：

1. ../McuLib/config
   
2. ../McuLib/config/fonts
   
3. ../McuLib/fonts
   
4. ../McuLib/src
   
5. ../McuLib/FreeRTOS/Source/include
   
6. ../McuLib/FreeRTOS/Source/portable/GCC/RISC-V
   
7. ../McuLib/SEGGER_RTT
   
8. ../McuLib/SEGGER_Sysview
   
9. ../McuLib/TraceRecorder/config
   
10. ../McuLib/TraceRecorder/include
    
11. ../McuLib/TraceRecorder/streamports/Jlink_RTT/include
    
12. ../McuLib/HD44780

复制代码

4.    使用-include添加全局的包含

1. "${ProjDirPath}/src/IncludeMcuLibConfig.h"

复制代码

-include设置

5.  在与-include一起使用的头文件中，指定与RISC-V一起使用的FreeRTOS，以及使用的SDK：

1. #define McuLib_CONFIG_SDK_VERSION_USED McuLib_CONFIG_SDK_MCUXPRESSO_2_0
   
2. 
   
3. #define McuLib_CONFIG_CPU_IS_ARM_CORTEX_M (0)
   
4. #define McuLib_CONFIG_CPU_IS_RISC_V (1)
   
5. 
   
6. #define McuLib_CONFIG_SDK_USE_FREERTOS (1)
   
7. 
   
8. #define McuLib_CONFIG_SDK_VERSION_MAJOR (2)
   
9. #define McuLib_CONFIG_SDK_VERSION_MINOR (2)
   
10. #define McuLib_CONFIG_SDK_VERSION_BUILD (0)

复制代码

6.    在同一文件中，配置VEGA开发板上LED的引脚：

1. /* red LED */
   
2. #define McuLED1_CONFIG_IS_LOW_ACTIVE   (0)
   
3. #define LEDpin1_CONFIG_GPIO_NAME       GPIOA
   
4. #define LEDpin1_CONFIG_PORT_NAME       PORTA
   
5. #define LEDpin1_CONFIG_PIN_NUMBER      24u
   
6. #define LEDpin1_CONFIG_DO_PIN_MUXING   1
   
7. 
   
8. /* green LED */
   
9. #define McuLED2_CONFIG_IS_LOW_ACTIVE   (0)
   
10. #define LEDpin2_CONFIG_GPIO_NAME       GPIOA
    
11. #define LEDpin2_CONFIG_PORT_NAME       PORTA
    
12. #define LEDpin2_CONFIG_PIN_NUMBER      23u
    
13. #define LEDpin2_CONFIG_DO_PIN_MUXING   1
    
14. 
    
15. /* blue LED */
    
16. #define McuLED3_CONFIG_IS_LOW_ACTIVE   (0)
    
17. #define LEDpin3_CONFIG_GPIO_NAME       GPIOA
    
18. #define LEDpin3_CONFIG_PORT_NAME       PORTA
    
19. #define LEDpin3_CONFIG_PIN_NUMBER      22u
    
20. #define LEDpin3_CONFIG_DO_PIN_MUXING   1
    
21. 
    
22. /* sts LED */
    
23. #define McuLED4_CONFIG_IS_LOW_ACTIVE   (0)
    
24. #define LEDpin4_CONFIG_GPIO_NAME       GPIOE
    
25. #define LEDpin4_CONFIG_PORT_NAME       PORTE
    
26. #define LEDpin4_CONFIG_PIN_NUMBER      0u
    
27. #define LEDpin4_CONFIG_DO_PIN_MUXING   1

复制代码

7.    将标准启动代码替换为FreeRTOS特定的版本的启动代码。 此版本使用freertos_risc_v_trap_handler作为默认陷阱处理程序。 此版本取自V10.2.0的FreeRTOS发行版：

1. /* ------------------------------------------------------------------------- */
   
2. /*  @file:    startup_RV32M1_ri5cy.s                                         */
   
3. /*  @purpose: RI5CY Core Device Startup File                                 */
   
4. /*            RV32M1_ri5cy                                                   */
   
5. /*  @version: 1.0                                                            */
   
6. /*  @date:    2018-10-2                                                      */
   
7. /*  @build:   b180926                                                        */
   
8. /* ------------------------------------------------------------------------- */
   
9. /*                                                                           */
   
10. /* Copyright 1997-2016 Freescale Semiconductor, Inc.                         */
    
11. /* Copyright 2016-2018 NXP                                                   */
    
12. /* All rights reserved.                                                      */
    
13. /*                                                                           */
    
14. /* SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause                                     */
    
15. 
    
16. 
    
17. // Copyright 2017 ETH Zurich and University of Bologna.
    
18. // Copyright and related rights are licensed under the Solderpad Hardware
    
19. // License, Version 0.51 (the "License"); you may not use this file except in
    
20. // compliance with the License.  You may obtain a copy of the License at
    
21. // http://solderpad.org/licenses/SHL-0.51. Unless required by applicable law
    
22. // or agreed to in writing, software, hardware and materials distributed under
    
23. // this License is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR
    
24. // CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied. See the License for the
    
25. // specific language governing permissions and limitations under the License.
    
26. 
    
27. .extern freertos_risc_v_trap_handler
    
28. 
    
29. #define EXCEPTION_STACK_SIZE 0x58
    
30. 
    
31.     .text
    
32.     .section .vectors, "ax"
    
33.     .option norvc;
    
34. 
    
35.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
36.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
37.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
38.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
39.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
40.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
41.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
42.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
43.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
44.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
45.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
46.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
47.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
48.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
49.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
50.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
51.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
52.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
53.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
54.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
55.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
56.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
57.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
58.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
59.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
60.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
61.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
62.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
63.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
64.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
65.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
66.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
67. 
    
68.     // reset vector
    
69.     jal x0, Reset_Handler
    
70. 
    
71.     // Illegal instrution exception
    
72.     jal x0, IllegalInstruction_Handler
    
73. 
    
74.     // ecall handler
    
75.     jal x0, freertos_risc_v_trap_handler
    
76. 
    
77.     // LSU error
    
78.     jal x0, LSU_Handler
    
79. 
    
80.     .section .startup
    
81. 
    
82. /* Reset Handler */
    
83. Reset_Handler:
    
84. 
    
85.     # Disable global interrupt. */
    
86.     csrci mstatus, 8
    
87. 
    
88.     # initialize stack pointer
    
89.     la sp, __StackTop
    
90. 
    
91.     # initialize global pointer
    
92.     la gp, __global_pointer
    
93. 
    
94. #ifndef __NO_SYSTEM_INIT
    
95.     jal SystemInit
    
96. #endif
    
97. 
    
98.     call __libc_init_array
    
99. 
    
100.     # Enable global interrupt. */
     
101.     csrsi mstatus, 8
     
102. 
     
103.     jal main
     
104.     ebreak
     
105. 
     
106.     .size Reset_Handler, . - Reset_Handler
     
107. 
     
108.     .global _init
     
109.     .global _fini
     
110. _init:
     
111. _fini:
     
112.     ret
     
113. 
     
114.   // saves all caller-saved registers (except return address)
     
115. store_regs:
     
116.     sw  x3, 0x00(x2)  // gp
     
117.     sw  x4, 0x04(x2)  // tp
     
118.     sw  x5, 0x08(x2)  // t0
     
119.     sw  x6, 0x0c(x2)  // t1
     
120.     sw  x7, 0x10(x2)  // t2
     
121.     sw x10, 0x14(x2)  // a0
     
122.     sw x11, 0x18(x2)  // a1
     
123.     sw x12, 0x1c(x2)  // a2
     
124.     sw x13, 0x20(x2)  // a3
     
125.     sw x14, 0x24(x2)  // a4
     
126.     sw x15, 0x28(x2)  // a5
     
127.     sw x16, 0x2c(x2)  // a6
     
128.     sw x17, 0x30(x2)  // a7
     
129. 
     
130.     csrr a0, 0x7B0
     
131.     csrr a1, 0x7B1
     
132.     csrr a2, 0x7B2
     
133.     sw a0, 0x34(x2)  // lpstart[0]
     
134.     sw a1, 0x38(x2)  // lpend[0]
     
135.     sw a2, 0x3c(x2)  // lpcount[0]
     
136.     csrr a0, 0x7B4
     
137.     csrr a1, 0x7B5
     
138.     csrr a2, 0x7B6
     
139.     sw a0, 0x40(x2)  // lpstart[1]
     
140.     sw a1, 0x44(x2)  // lpend[1]
     
141.     sw a2, 0x48(x2)  // lpcount[1]
     
142. 
     
143.     csrr a0, 0x341
     
144.     sw a0, 0x4c(x2)  // mepc
     
145.     csrr a1, 0x300
     
146.     sw a1, 0x50(x2)  // mstatus
     
147.     jalr x0, x1
     
148. 
     
149.     // load back registers from stack
     
150. end_except:
     
151.     lw a1, 0x50(x2)  // mstatus
     
152.     csrrw x0, 0x300, a1
     
153.     lw a0, 0x4c(x2)  // mepc
     
154.     csrrw x0, 0x341, a0
     
155. 
     
156.     lw a0, 0x40(x2)  // lpstart[1]
     
157.     lw a1, 0x44(x2)  // lpend[1]
     
158.     lw a2, 0x48(x2)  // lpcount[1]
     
159.     csrrw x0, 0x7B4, a0
     
160.     csrrw x0, 0x7B5, a1
     
161.     csrrw x0, 0x7B6, a2
     
162.     lw a0, 0x34(x2)  // lpstart[0]
     
163.     lw a1, 0x38(x2)  // lpend[0]
     
164.     lw a2, 0x3c(x2)  // lpcount[0]
     
165.     csrrw x0, 0x7B0, a0
     
166.     csrrw x0, 0x7B1, a1
     
167.     csrrw x0, 0x7B2, a2
     
168. 
     
169.     lw  x3, 0x00(x2)  // gp
     
170.     lw  x4, 0x04(x2)  // tp
     
171.     lw  x5, 0x08(x2)  // t0
     
172.     lw  x6, 0x0c(x2)  // t1
     
173.     lw  x7, 0x10(x2)  // t2
     
174.     lw x10, 0x14(x2)  // a0
     
175.     lw x11, 0x18(x2)  // a1
     
176.     lw x12, 0x1c(x2)  // a2
     
177.     lw x13, 0x20(x2)  // a3
     
178.     lw x14, 0x24(x2)  // a4
     
179.     lw x15, 0x28(x2)  // a5
     
180.     lw x16, 0x2c(x2)  // a6
     
181.     lw x17, 0x30(x2)  // a7
     
182. 
     
183.     lw  x1, 0x54(x2)
     
184.     addi x2, x2, EXCEPTION_STACK_SIZE
     
185.     mret
     
186. 
     
187.     .weak IRQ_Handler
     
188.     .type IRQ_Handler, %function
     
189. IRQ_Handler:
     
190.     addi x2, x2, -EXCEPTION_STACK_SIZE
     
191.     sw x1, 0x54(x2)
     
192.     jal x1, store_regs
     
193.     la x1, end_except
     
194.     csrr a0, mcause
     
195.     jal x0, SystemIrqHandler
     
196.     .size IRQ_Handler, . - IRQ_Handler
     
197. 
     
198.     .macro define_exception_entry entry_name handler_name
     
199.     .weak \entry_name
     
200. \entry_name:
     
201.     addi x2, x2, -EXCEPTION_STACK_SIZE
     
202.     sw x1, 0x54(x2)
     
203.     jal x1, store_regs
     
204.     la x1, end_except
     
205.     jal x0, \handler_name
     
206.     .endm
     
207. 
     
208. define_exception_entry IllegalInstruction_Handler IllegalInstruction_HandlerFunc
     
209. define_exception_entry Ecall_Handler Ecall_HandlerFunc
     
210. define_exception_entry LSU_Handler LSU_HandlerFunc
     
211. 
     
212.     .weak IllegalInstruction_HandlerFunc
     
213.     .type IllegalInstruction_HandlerFunc, %function
     
214. IllegalInstruction_HandlerFunc:
     
215.     j .
     
216.     .size IllegalInstruction_HandlerFunc, . - IllegalInstruction_HandlerFunc
     
217. 
     
218.     .weak Ecall_HandlerFunc
     
219.     .type Ecall_HandlerFunc, %function
     
220. Ecall_HandlerFunc:
     
221.     j .
     
222.     .size Ecall_HandlerFunc, . - Ecall_HandlerFunc
     
223. 
     
224.     .weak LSU_HandlerFunc
     
225.     .type LSU_HandlerFunc, %function
     
226. LSU_HandlerFunc:
     
227.     j .
     
228.     .size LSU_HandlerFunc, . - LSU_HandlerFunc

复制代码

8.    在链接器文件中，添加一个符号以标记IRQ堆栈的结尾：

1. __freertos_irq_stack_top = .;

复制代码

__freertos_irq_stack_top

9.  通过以上设置，我就可以在VEGA开发板上使用FreeRTOS和RISC-V。

演示应用程序

我已经在GitHub上添加了一个简单的“blinky”应用程序，代码如下：

1. /*
   
2. * Application.c
   
3. *
   
4.   *      Author: Erich Styger
   
5. */
   
6. #include "Application.h"
   
7. #include "McuLib.h"
   
8. #include "McuWait.h"
   
9. #include "McuLED1.h"
   
10. #include "McuLED2.h"
    
11. #include "McuLED3.h"
    
12. #include "McuLED4.h"
    
13. #include "McuRTOS.h"
    
14. #include "FreeRTOS.h"
    
15. #include "task.h"
    
16. 
    
17. static void AppTask(void *pv) {
    
18.   for(;;) {
    
19.     McuLED1_On();
    
20.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    
21.     McuLED1_Off();
    
22.     McuLED2_On();
    
23.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    
24.     McuLED2_Off();
    
25.     McuLED3_On();
    
26.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    
27.     McuLED3_Off();
    
28.     McuLED4_On();
    
29.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));
    
30.     McuLED4_Off();
    
31.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
    
32.     McuLED4_Neg();
    
33.   }
    
34. }
    
35. 
    
36. void APP_Run(void) {
    
37.   /* initialize McuLib drivers */
    
38.   McuLib_Init();
    
39.   McuRTOS_Init();
    
40.   McuWait_Init();
    
41.   McuLED1_Init(); /* red */
    
42.   McuLED2_Init(); /* green */
    
43.   McuLED3_Init(); /* blue */
    
44.   McuLED4_Init(); /* red status */
    
45. 
    
46.   if (xTaskCreate(AppTask, "App", 500/sizeof(StackType_t), NULL, tskIDLE_PRIORITY+1, NULL) != pdPASS) {
    
47.     for(;;){} /* error */
    
48.   }
    
49.   vTaskStartScheduler();
    
50.   /* shoul not end up here... */
    
51.   for(;;) { }
    
52. }

复制代码

以下是使用NXP MCUXpresso IDE 10.3.1在VEGA开发板上调试应用程序的屏幕截图：

使用MCUXpresso IDE调试RISC-V FreeRTOS应用程序

限制

该移植过程仍在“正在进行中”：

●    到目前为止，我只在RV32M1 RI5CY上运行它。

●    它使用LPIT0计时器作为滴答计时器。

●    Tickless Idle模式尚未实现。

●    尚不支持中断嵌套。

●    SEGGER SystemViewer尚未经过测试

●    Percepio Tracealizer尚未测试

故障排除

●    目前我必须使用OpenOCD来调试VEGA板，而OpenOCD并不是很慢（与J-Link相比）。如果调试失败，请尝试重新启动电路板和调试器。

●    OpenOCD取代了Windows USB驱动程序，这显然影响了以正常方式使用J-Link。尝试将USB驱动程序恢复为原始驱动程序并重新启动主机。

●    使用OpenOCD调试任务代码通常会进入中断服务程序：解决方法是设置断点，然后运行。

●    FreeRTOS V10.2.0改变了内部的数据结构，可能破坏RTOS调试过程。例如，FreeRTOS定时器可能无法在调试器中正确显示。作为一种解决方法，我已经为FreeRTOS timers.c添加了一个定义来支持以前的API：

1. #define TIMER_LEGACY_API   (1)  /* << EST: needed to have TAD working */

复制代码

总结

我现在可以使用Eclipse（MCUXpresso IDE）在VEGA开发板上运行FreeRTOS V10.2.0。 IDE具有非常有用的FreeRTOS调试视图。最大的问题是OpenOCD调试器。它有效，但在使用RTOS时速度很慢且有很多限制。我可能需要探索除OpenOCD之外的其他调试器，以获得更好的调试体验。

参考链接

◾    FreeRTOS on RISC-V: https://www.freertos.org/Using-FreeRTOS-on-RISC-V.html

◾    FreeRTOS demo for PULP/VEGA: https://www.freertos.org/RTOS-RISC-V-Vegaboard_Pulp.html

本篇完，感谢关注：RISC-V单片机中文网