大家好我是驚覺。是的，失蹤人口回來了。最近參加了rt-thread的國產(chǎn)MCU移植活動，移植rt-thread到華大的HC32L196。rtt論壇中已有許多介紹移植到各種平臺的文章，詳細講述移植步驟，在rtt論壇搜索“國產(chǎn)MCU移植”即可閱讀。本文不介紹具體移植步驟，而是如往常一樣，分享移植的原理與方法。

移植原理

移植一款軟件，無非是獲取源碼，修改其中與硬件相關的代碼以適配目標硬件。移植rt-thread也是如此，首要任務是要明確要修改哪部分內(nèi)容。帶著這個問題，我們來分析rt-thread的源碼結構。

rt-thread源碼結構

rt-thread源碼根目錄結構如下：

目錄說明

bsp板級支持包。存放各種硬件平臺的驅(qū)動代碼，初始化代碼，工程文件。

components組件。如finsh控制臺，抽象層驅(qū)動，文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡系統(tǒng)。

examples示例程序

include內(nèi)核以及l(fā)ibc的頭文件

libcpu與CPU架構相關的接口，為操作系統(tǒng)調(diào)度提供支持。

src內(nèi)核代碼，如線程、定時器、線程間通信（互斥鎖，信號量）。

移植所涉及的目錄有兩個：bsp和libcpu，相應的移植分為BSP移植與CPU架構移植。其他的目錄與具體的CPU無關，無須改動。

CPU架構移植

在嵌入式領域有多種不同 CPU 架構，例如 Cortex-M、ARM920T、MIPS32、RISC-V 等等。為了使 RT-Thread 能夠在不同 CPU 架構的芯片上運行，RT-Thread 提供了一個 libcpu 抽象層來適配不同的 CPU 架構。向下提供了一套統(tǒng)一的 CPU 架構移植接口，這部分接口包含了全局中斷開關函數(shù)、線程上下文切換函數(shù)、時鐘節(jié)拍的配置和中斷函數(shù)、Cache 等等內(nèi)容。下表是 CPU 架構移植需要實現(xiàn)的接口和變量。

函數(shù)和變量描述

rt_base_t rt_hw_interrupt_disable（void）;關閉全局中斷

void rt_hw_interrupt_enable（rt_base_t level）;打開全局中斷

rt_uint8_t *rt_hw_stack_init（void *tentry， void *parameter， rt_uint8_t *stack_addr， void *texit）;線程棧的初始化，內(nèi)核在線程創(chuàng)建和線程初始化里面會調(diào)用這個函數(shù)

void rt_hw_context_switch_to（rt_uint32 to）;沒有來源線程的上下文切換，在調(diào)度器啟動第一個線程的時候調(diào)用，以及在 signal 里面會調(diào)用

void rt_hw_context_switch（rt_uint32 from， rt_uint32 to）;從 from 線程切換到 to 線程，用于線程和線程之間的切換

void rt_hw_context_switch_interrupt（rt_uint32 from， rt_uint32 to）;從 from 線程切換到 to 線程，用于中斷里面進行切換的時候使用

rt_uint32_t rt_thread_switch_interrupt_flag;表示需要在中斷里進行切換的標志

rt_uint32_t rt_interrupt_from_thread， rt_interrupt_to_thread;在線程進行上下文切換時候，用來保存 from 和 to 線程

是不是看起來挺復雜的，其實rtt已經(jīng)支持了非常多的CPU架構。下圖的libcpu目錄中已支持多種CPU架構。讓我們看看對arm系列的支持情況，從低端的cortex-m0到高端的cortex-m7，甚至還有cortex-a和cortex-r系列的。大家熟知的stm32f103為cortex-m3內(nèi)核，stm32f407為cortex-m4內(nèi)核。如果要移植到的目錄芯片內(nèi)核出現(xiàn)在此目錄之中，那就無需關注libcpu，只要在配置文件中指定正確的內(nèi)核即可。

我移植的HC32L196使用cortex-m0+內(nèi)核，可使用cortex-m0的代碼，因此無須進行CPU構架移植。

bsp結構

由于不需要進行CPU架構移植，所以本次移植相對簡單，唯一的工作就是在rt-thread的bsp目錄中創(chuàng)建自己硬件的bsp。

rt-thread當前支持了100多個bsp，可能大家用的最多的是stm32。不過我并不建議大家在移植時參考stm32，因為它是最復雜的一個bsp。早期rt-thread中關于stm32的bsp比較簡單，各種型號如stm32f10x， stm32f40x都是獨立的bsp。新手入門相對簡單。不過弊病也很明顯：隨著支持的stm32系列的增加，bsp的子目錄也就急劇增加，維護成本很高。可能得益于stm32的HAL庫，可以相對較低的投入將它們合為一個bsp。它們共用一份驅(qū)動代碼，其在HAL_Drivers中。可能以后國產(chǎn)MCU的bsp也會發(fā)展成這樣，不過對于移植新手，最好是先易后難。我移植的HC32L196是華大單片機，以已經(jīng)被rtt支持的hc32f4a0為模板進行移植。同時參考了swm320，以及stm32stm32l053-st-nucleo。

大多數(shù)bsp目錄結構：

目錄說明

applications用戶代碼。純凈的bsp中只需要一個main.c文件，里面定義main函數(shù)。

board板級驅(qū)動代碼（最主要的是board.c），鏈接腳本（gcc， keil， iar）。

drivers設備驅(qū)動代碼，比如gpio和uart驅(qū)動。

figures電路板照片。

Libraries芯片廠商驅(qū)動庫。

.config， rtconfig.h， KconfigKconfig配置系統(tǒng)相關文件

rtconfig.py， SConscript， SConstructscons構建系統(tǒng)相關文件

template.uvprojx， template.uvoptxkeil模板工程

project.uvprojx， project.uvoptxkeil工程

template.eww， template.ewpiar模板工程

project.eww， project.ewpiar工程

可分為如下幾類：

代碼文件：applications， board， drivers， Libraries中的.h和.c

Kconfig配置系統(tǒng)相關文件

scons構建系統(tǒng)相關文件

工程模板

代碼結構

先來看看我移植后的keil工程，其打開的幾個目錄就是涉及移植的代碼目錄。applications目錄最為簡單。drivers目錄是移植的重點，不過它不是移植的首要任務。下面幾節(jié)介紹移植前最迫切需要搞清楚的內(nèi)容。

Kconfig

rtt支持通過menuconfig命令來配置內(nèi)核、組件及軟件包。執(zhí)行menuconfig命令時，其從Kconfig文件中解析菜單結構，由用戶勾選、配置各個選項，最終將配置結果寫入.config和rtconfig.h。bsp中通常有兩個Kconfig文件。一個位于根目錄，另一個位于board。根目錄中的Kconfig僅僅是導入了別的目錄的Kconfig，所有bsp的基本都一樣，無須修改。

mainmenu “RT-Thread Project Configuration”

config BSP_DIR

string

option env=“BSP_ROOT”

default “。”

config RTT_DIR

string

option env=“RTT_ROOT”

default “。./。.”

config PKGS_DIR

string

option env=“PKGS_ROOT”

default “packages”

source “$RTT_DIR/Kconfig”

source “$PKGS_DIR/Kconfig”

source “board/Kconfig”

board/Kconfig

menu “Hardware Drivers Config”

config MCU_HC32L196

bool

select ARCH_ARM_CORTEX_M0

select RT_USING_COMPONENTS_INIT

select RT_USING_USER_MAIN

default y

menu “Onboard Peripheral Drivers”

endmenu

menu “On-chip Peripheral Drivers”

config BSP_USING_GPIO

bool “Enable GPIO”

select RT_USING_PIN

default y

menuconfig BSP_USING_UART

bool “Enable UART”

default y

select RT_USING_SERIAL

if BSP_USING_UART

config BSP_USING_UART0

bool “Enable UART0”

default y

config BSP_USING_UART1

bool “Enable UART1”

default n

endif

endmenu

menu “Board extended module Drivers”

endmenu

endmenu

其自動選擇了幾個必選的配置，比如RT_USING_USER_MAIN。另，定義了可配置的驅(qū)動選項，比如GPIO配置和串口配置。

上述文件對應的串口配置菜單如下：rtt官方文檔中有對Kconfig進行詳細講解：https://www.rt-thread.org/document/site/#/development-tools/kconfig/kconfig

scons和工程模板文件

rt-thread使用scons作為構建系統(tǒng)，其用于編譯源碼，生成固件。不過呢，大家用的最多的，可能是用它生成keil工程，就是在使用menuconfig配置內(nèi)核、組件和驅(qū)動之后，使用如下命令生成keil工程：

scons --target=mdk5

其原理，以生成keil5工程為例，是scons根據(jù)rtconfig.h文件中的配置，在template.uvprojx上添加宏定義、頭文件路徑配置、文件鏈接，從而生成project.uvprojx。下圖左側為模板工程，右側為生成的rtt工程。再多說一句，rtt是如何能夠讀寫keil工程文件呢？.uvprojx其實是xml文件，rtt通過模板工程創(chuàng)建新工程，就是在讀寫xml，有興趣的話，可以閱讀rt-thread源碼根目錄下的tools/keil.py。

rtconfig.h是在Kconfig系統(tǒng)中生成，只要修改好Kconfig相關文件后，無須操心rtconfig.h。要修改的是模板工程。不過也很簡單，從其他bsp復制模板工程，修改設備類型，RAM和ROM配置就可以了。其他的配置，如下載接口等，可根據(jù)需要修改。稍復雜些的任務是修改下面三種文件：

SConstruct

rtconfig.py

SConscript

這三個文件都是python腳本，只不過它們里面調(diào)用了許多scons系統(tǒng)提供的函數(shù)。所以，如果熟悉python的話，修改起來會很輕松。

SConstruct

SConstruct是scons的入口腳本，其通過rtconfig.py以導入各種編譯配置，之后調(diào)用PrepareBuilding以獲取編譯對象（要編譯哪些文件）。PrepareBuilding會調(diào)用各SConscript腳本以獲取編譯對象。這文件一般不用修改，除非參考的bsp有瑕疵。

rtconfig.py

rtconfig.py中定義了各種與編譯相關的選項和參數(shù)。

頭部定義CPU架構與型號，還記得文首提到的架構移植嗎？對于rtt已支持的CPU架構，只需要在這里指明即可，scons系統(tǒng)會根據(jù)這里的配置選擇相應的架構代碼以進行編譯鏈接。

ARCH=‘a(chǎn)rm’

CPU=‘cortex-m0’

其他主要的是編譯參數(shù)，比如armcc編譯系列如下。

elif PLATFORM == ‘a(chǎn)rmcc’：

# toolchains

CC = ‘a(chǎn)rmcc’

CXX = ‘a(chǎn)rmcc’

AS = ‘a(chǎn)rmasm’

AR = ‘a(chǎn)rmar’

LINK = ‘a(chǎn)rmlink’

TARGET_EXT = ‘a(chǎn)xf’

DEVICE = ‘ --cpu Cortex-M0 ’

CFLAGS = ‘-c ’ + DEVICE + ‘ --apcs=interwork --c99’

AFLAGS = DEVICE + ‘ --apcs=interwork ’

LFLAGS = DEVICE + ‘ --scatter “boardlinker_scriptslink.sct” --info sizes --info totals --info unused --info veneers --list rt-thread.map --strict’

CFLAGS += ‘ -I’ + EXEC_PATH + ‘/ARM/ARMCC/include’

LFLAGS += ‘ --libpath=’ + EXEC_PATH + ‘/ARM/ARMCC/lib’

CFLAGS += ‘ -D__MICROLIB ’

AFLAGS += ‘ --pd “__MICROLIB SETA 1” ’

LFLAGS += ‘ --library_type=microlib ’

EXEC_PATH += ‘/ARM/ARMCC/bin/’

if BUILD == ‘debug’：

CFLAGS += ‘ -g -O0’

AFLAGS += ‘ -g’

else：

CFLAGS += ‘ -O2’

CXXFLAGS = CFLAGS

POST_ACTION = ‘fromelf --bin $TARGET --output rtthread.bin

fromelf -z $TARGET’

這塊與生成keil工程無關，而是在命令行下編譯源碼并生成固件。可能大家平時不會這么編譯，都是用Keil。其實這種方法意義重大，其是持續(xù)集成的基礎。

適配起來很也簡單，直接把相同CPU的配置復制過來即可。我移植HC32L196，雖然主要參考HC32F4A0，然而HC32F4A0的構架是cortex-m4，顯然不適合。所以在適配rtconfig.py時，我從stm32stm32l053-st-nucleo獲取cortex-m0的配置。

SConscript

SConscript存在于各源碼目錄下，用于決定編譯哪些文件。這些要編譯的文件也會在創(chuàng)建keil工程中時被包含進去。bsp根目錄下的SConscript用于掃描出子目錄中的SConscript并調(diào)用之，一般不用修改。

子目錄下的SConscript大致分為兩種：

將指定文件包含到編譯目標之中，或者使用Glob（‘*.c’）包含所有的C文件。

根據(jù)rtconfig.h中的配置來包含被選中的文件。

application中的為第1種，drivers為第2種。修改時依葫蘆畫瓢即可。

更多細節(jié)，可參閱：https://www.rt-thread.org/document/site/#/development-tools/scons/scons

board

終于進入代碼講解環(huán)節(jié)。board目錄中通常會有一個board.c。

void rt_hw_board_clock_init（void）

{

}

void SysTick_Configuration（void）

{

}

void SysTick_Handler（void）

{

/* enter interrupt */

rt_interrupt_enter（）;

rt_tick_increase（）;

/* leave interrupt */

rt_interrupt_leave（）;

}

void rt_hw_board_init（）

{

/* Configure the System clock */

rt_hw_board_clock_init（）;

/* Configure the SysTick */

SysTick_Configuration（）;

#ifdef RT_USING_HEAP

rt_system_heap_init（（void *）HEAP_BEGIN， （void *）HEAP_END）;

#endif#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT

rt_components_board_init（）;

#endif#ifdef RT_USING_CONSOLE

rt_console_set_device（RT_CONSOLE_DEVICE_NAME）;

#endif

}

其做了如下事情：

初始化時鐘

配置SysTick定時器

初始化rtt堆內(nèi)存模塊

初始化板級驅(qū)動，如gpio和uart

設計控制臺串口

所有bsp的board.c都差不多，上面代碼中rt_hw_board_clock_init和SysTick_Configuration空著，這就是移植時需要修改的代碼。其他部分，一般不用修改。

另，配置堆內(nèi)存時用到的宏定義在board.h之中，需要根據(jù)硬件做修改。

#define SRAM_BASE 0x20000000#define SRAM_SIZE 0x8000#define SRAM_END （SRAM_BASE + SRAM_SIZE）

boardlinker_scripts目錄中存放鏈接腳本，需要修改其中有關RAM和ROM的配置。

link.sct：keil鏈接腳本

link.lds：gcc鏈接腳本

沒做iar支持，因為我不用iar，也沒裝iar：）

Libraries

Libraries存放芯片廠商提供的驅(qū)動代碼。我移植的HC32L196基本結構如下：

HC32L196_StdPeriph_Driver：分inc和src，存放芯片驅(qū)動，如hc32l196_adc.h和hc32l196_adc.c。

CMSISInclude：存放CMSIS相關頭文件，如core_cm0.h

CMSISDeviceHDSCHC32L196Include：雜類驅(qū)動頭文件。

CMSISDeviceHDSCHC32L196Source：雜類驅(qū)動源文件，比如system_hc32l19x.c，其內(nèi)包含匯編啟動文件會調(diào)用的SystemInit函數(shù)。

CMSISDeviceHDSCHC32L196SourceARM：keil匯編啟動文件startup_hc32l19x.s

CMSISDeviceHDSCHC32L196SourceGCC：gcc匯編啟動文件startup_hc32l19x.s

CMSISDeviceHDSCHC32L196SourceIAR：iar匯編啟動文件startup_hc32l19x.s

SConscript：包含本目錄中的代碼文件。在包含匯編啟動文件時，根據(jù)rtconfig.CROSS_TOOL來包含相應編譯平臺的文件。

上述這些文件，除了SConscript，都來自芯片廠商的SDK，只不過其文件分布可能與上述不同。視具體情況做調(diào)整即可。

匯編啟動文件

關于Libraries中的匯編啟動文件，需要補充說明一點。對于keil版本，一般無須修改。對于gcc版本，需要把跳轉main函數(shù)的語句修改為跳轉entry函數(shù)。

stm32的啟動文件，其調(diào)用的是main函數(shù)。需要改為：

bl entry

之所以有如此差異，是因為armcc（keil編譯器）與gcc的機制不同。

armcc

armcc的匯編啟動文件相對簡單，職責如下：

定義堆空間和棧空間，初始化棧指針

定義中斷向量表

定義入口函數(shù)Reset_Handler，其先調(diào)用SystemInit，之后調(diào)用__main

初始化全局變量等工作放在了__main之中，__main完成初始化操作后會調(diào)用main函數(shù)。不過呢，armcc提供了一種函數(shù)補丁機制。如果定義了$Sub$$main函數(shù)的話，在main函數(shù)調(diào)用之前，會先調(diào)用$Sub$$main。rt-thread就是通過定義$Sub$$main函數(shù)，在其中進行操作系統(tǒng)的初始化，之后調(diào)用applications中的main函數(shù)以執(zhí)行用戶代碼。

gcc

gcc匯編啟動文件職責如下：

定義中斷向量表

定義入口函數(shù)Reset_Handler，其負責初始化全局變量（data和bss），調(diào)用SystemInit，調(diào)用main函數(shù)

由于gcc沒有armcc那樣的函數(shù)補丁機制，所以要運行rt-thread的話，需要將調(diào)用main函數(shù)改為調(diào)用rt-thread入口函數(shù)，即entry。

rt-thread根據(jù)編譯平臺定義了不同的入口函數(shù)，armcc對應$Sub$$main，gcc對應entry。

#ifdef __ARMCC_VERSIONextern int $Super$$main（void）;

/* re-define main function */int $Sub$$main（void）

{

rtthread_startup（）;

return 0;

}

#elif defined（__ICCARM__）extern int main（void）;

/* __low_level_init will auto called by IAR cstartup */extern void __iar_data_init3（void）;

int __low_level_init（void）

{

// call IAR table copy function.

__iar_data_init3（）;

rtthread_startup（）;

return 0;

}

#elif defined（__GNUC__）/* Add -eentry to arm-none-eabi-gcc argument */int entry（void）

{

rtthread_startup（）;

return 0;

}

#endif

移植到HC32L196

如前所說，我不打算詳細講解每一步操作，僅提一些要點。

移植步驟

可分為兩步：

創(chuàng)建可以運行的bsp，這是最關鍵的一步。

填充rtt設備驅(qū)動，如gpio和uart，這是相對費時的一步。

之所以分為兩大步，是因為先完成關鍵的一步，運行成功，將給予移植者一個很大的激勵，提高信心。如果第一步失敗了，也好及時查找問題，而不是等經(jīng)歷了漫長的設備驅(qū)動移植后，在測試時發(fā)現(xiàn)rt-thread系統(tǒng)都還無法跑起來。

創(chuàng)建可以運行的bsp

所謂可以運行，是指可以讓rt-thread操作系統(tǒng)在芯片上跑起來，并不需要跑finsh控制臺，甚至不需要點亮LED燈，不需要任何外設驅(qū)動，能運行如下代碼就行。

main.c

int main（void）

{

for （uint32_t i = 0; ; i++）

{

rt_thread_delay（RT_TICK_PER_SECOND）;

};

}

當然啦，沒有任何外設驅(qū)動的話，只能在調(diào)試模式下運行才能觀察效果。只要rt_thread_delay的功能正常，就說明rt-thread調(diào)度系統(tǒng)正常工作了。

在了解了移植原理后，創(chuàng)建可以運行的bsp應該能較快完成，具體步驟如下：

復制一個bsp，將名稱改為自己的平臺。

使用芯片原廠提供的SDK替換Libraries目錄中的內(nèi)容。對其中的匯編啟動文件和鏈接腳本要稍加關注，尤其是gcc匯編。

修改board目錄源碼，主要是board.c，完成初始化時鐘和SysTick的工作。

刪除drivers中的文件，或者保留幾個驅(qū)動文件的框架，刪除硬件相關代碼。

修改模板工程。

修改Kconfig相關文件。

修改Scons相關文件。

使用menuconfig更新rtconfig.h文件。

使用scons生成rt-thread工程。10.編譯燒錄調(diào)度。

RT-Thread Studio

創(chuàng)建可以運行的bsp之后，之后就是開發(fā)驅(qū)動程序了。此時其實是可以使用RT-Thread Studio開發(fā)的，其有一個非常好用的功能：導入Keil或者IAR項目到工作空間中。我在之后的驅(qū)動開發(fā)環(huán)節(jié)一直使用RT-Thread Studio編寫代碼。

gpio映射表

struct rt_pin_ops

{

void （*pin_mode）（struct rt_device *device， rt_base_t pin， rt_base_t mode）;

void （*pin_write）（struct rt_device *device， rt_base_t pin， rt_base_t value）;

int （*pin_read）（struct rt_device *device， rt_base_t pin）;

rt_err_t （*pin_attach_irq）（struct rt_device *device， rt_int32_t pin，

rt_uint32_t mode， void （*hdr）（void *args）， void *args）;

rt_err_t （*pin_detach_irq）（struct rt_device *device， rt_int32_t pin）;

rt_err_t （*pin_irq_enable）（struct rt_device *device， rt_base_t pin， rt_uint32_t enabled）;

rt_base_t （*pin_get）（const char *name）;

};

rt-thread gpio設備驅(qū)動接口使用引腳號（pin）來操作指定的引腳。早期的bsp會定義一個大數(shù)組來存儲引腳列表，下圖是swm320定義的列表。這種方式比較繁瑣。通常芯片的GPIO口有一定的規(guī)律，比如PA0-PA15，PB0-PB15，PC0-PC15，等等。這些GPIO對應的寄存器的地址是連續(xù)的，可以通過一個公式將寄存器地址轉換為引腳序號，反之亦然。

因此出現(xiàn)了使用GET_PIN宏來計算指定GPIO引腳序號的方法，比如GET_PIN（A， 5）會計算出PA5引腳的序號。可能stm32 bsp最先使用這種方法，大家移植的時候可以參考一下。

支持gcc

支持編譯

HC32L196的原廠SDK中并不支持gcc。不過筆者是eclipse系列IDE的忠實用戶，既然原廠不支持，那我就自己支持吧。

首先，要創(chuàng)建匯編啟動文件：LibrariesCMSISDeviceHDSCHC32L196SourceGCCstartup_hc32l19x.s。

怎么創(chuàng)建呢，當然不需要從零開始啦。從其他cortex-m0的bsp中復制一個來修改。比如stm32的，

bspstm32librariesSTM32L0xx_HALCMSISDeviceSTSTM32L0xxSourceTemplatesgccstartup_stm32l053xx.s

修改中斷向量表和中斷函數(shù)即可。

另外要關注下rtconfig.py和boardlinker_scriptslink.lds，同樣可以參考cortex-m0的bsp。

支持燒錄

添加了對gcc的支持后，使用RT-Thread Studio創(chuàng)建開發(fā)板支持包，就可以真正使用RT-Thread Studio來開發(fā)項目了。不過在這之前，需要先編譯出固件并燒錄驗證。

使用scons命令編譯。編譯后的固件位于bsp根目錄：

可使用J-Flash燒錄：成功運行：大家在使用J-Flash創(chuàng)建工程時，可能發(fā)現(xiàn)找不到自己的硬件配置。如下圖，HC32系列只有我移植的HC32L196，而沒有HC32F4A0等，這是我自己添加進去的。怎么添加呢，可參考我之前的一篇文章：RT-Thread Studio燒寫國產(chǎn)mcu（swm320）固件的方法。

后記

本次移植過程相當漫長，不是因為移植任務本身艱難，而是我只能用碎片化的時間進行移植。有幾天我九點半準備下班回家移植，老板覺得走的太早，硬是拖到十點，這些天就沒有早于十一點到家的。大家說這樣的老板是不是很可惡？表示贊同的，支持下筆者，點個再看唄：）。

責任編輯：haq