GD32VF103 Bootstrap指南(一)

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  • GD32VF103 引导代码和中断原理分析
    • start.S的编译方法
    • 设置代码段名称
    • start.S的中断处理函数定义
    • GD32VF103的中断向量表

GD32VF103 引导代码和中断原理分析

作者:水银
Email:[email protected]
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GD32VF103是兆易发布的全新RISC-V处理器,基于RV32IMAC指令集,由于采用了全新的CPU内核,GD32VF103的引导和中断向量表与基于ARM Cortex-M3 CPU的GD32F系列有很大差异。它的引导代码位于
start.S,本文对start.S中的引导代码进行分析解释。

start.S的编译方法

由于start.S中引入了riscv_encoding.h文件,这个文件中定义了GD32VF103的寄存器地址。由于riscv_encoding.h是个C语言头文件,因此无法用riscv-binutil中的riscv-none-embed-as汇编器进行编译,必须使用riscv-none-embed-gcc进行编译。

riscv-none-embed-gcc -c -x assembler-with-cpp -g -march=rv32imac -mabi=ilp32 -mcmodel=medlow start.S -o start.o

设置代码段名称

.section .init

本行指定段名称为.init,在GD32VF103xB.lds中会把.init段设置在flash的首位,在GD32VF103中位于地址0x08000000,这个地址是GD32VF103固件的入口地址。

start.S的中断处理函数定义

    .weak  eclic_msip_handler   // #3:ECLIC的TIMER单元软中断
    .weak  eclic_mtip_handler   // #7:ECLIC的TIMER单元的计时器中断
    .weak  eclic_bwei_handler   // #17:存储器访问错误中断
    .weak  eclic_pmovi_handler  // #18:根据手册预留,没有使用该中断
    .weak  WWDGT_IRQHandler     // #19:看门狗中断
    .weak  LVD_IRQHandler       // #20:连接到EXTI线的LVD中断
    .weak  TAMPER_IRQHandler    // #21:侵入检测中断
    .weak  RTC_IRQHandler       // #22:RTC全局中断
    .weak  FMC_IRQHandler       // #23:FMC全局中断
    .weak  RCU_IRQHandler       // #24:RCU全局中断
    .weak  EXTI0_IRQHandler     // #25:EXTI线0中断
    .weak  EXTI1_IRQHandler     // #26:EXTI线1中断
    .weak  EXTI2_IRQHandler     // #27:EXTI线2中断
    .weak  EXTI3_IRQHandler     // #28:EXTI线3中断
    .weak  EXTI4_IRQHandler     // #29:EXTI线4中断
    .weak  DMA0_Channel0_IRQHandler // #30:DMA0通道0全局中断
    .weak  DMA0_Channel1_IRQHandler // #31:DMA0通道1全局中断
    .weak  DMA0_Channel2_IRQHandler // #32:DMA0通道2全局中断
    .weak  DMA0_Channel3_IRQHandler // #33:DMA0通道3全局中断
    .weak  DMA0_Channel4_IRQHandler // #34: DMA0通道4全局中断
    .weak  DMA0_Channel5_IRQHandler // #35: DMA0通道5全局中断
    .weak  DMA0_Channel6_IRQHandler // #36: DMA0通道6全局中断
    .weak  ADC0_1_IRQHandler        // #37: ADC0和ADC1全局中断
    .weak  CAN0_TX_IRQHandler       // #38:CAN0发送中断
    .weak  CAN0_RX0_IRQHandler      // #39:CAN0接收0中断
    .weak  CAN0_RX1_IRQHandler      // #40:CAN0接收1中断
    .weak  CAN0_EWMC_IRQHandler     // #41:CAN0 EWMC中断
    .weak  EXTI5_9_IRQHandler       // #42:EXTI[9:5]中断
    .weak  TIMER0_BRK_IRQHandler    // #43:TIMER0中止中断
    .weak  TIMER0_UP_IRQHandler     // #44:TIMER0更新中断
    .weak  TIMER0_TRG_CMT_IRQHandler    // #45:TIMER0触发和通道换相
    .weak  TIMER0_Channel_IRQHandler    // #46:TIMER0通道捕获比较
    .weak  TIMER1_IRQHandler        // #47:TIMER1全局中断
    .weak  TIMER2_IRQHandler        // #48:TIMER2全局中断
    .weak  TIMER3_IRQHandler        // #49:TIMER3全局中断
    .weak  I2C0_EV_IRQHandler       // #50:I2C0事件中断
    .weak  I2C0_ER_IRQHandler       // #51:I2C0错误中断
    .weak  I2C1_EV_IRQHandler       // #52:I2C1事件中断
    .weak  I2C1_ER_IRQHandler       // #53:I2C1错误中断
    .weak  SPI0_IRQHandler          // #54:SPI0全局中断
    .weak  SPI1_IRQHandler          // #55:SPI1全局中断
    .weak  USART0_IRQHandler        // #56:USART0全局中断
    .weak  USART1_IRQHandler        // #57:USART1全局中断
    .weak  USART2_IRQHandler        // #58:USART2全局中断
    .weak  EXTI10_15_IRQHandler     // #59:EXTI[15:10]中断
    .weak  RTC_Alarm_IRQHandler     // #60:连接到EXTI线的RTC闹钟
    .weak  USBFS_WKUP_IRQHandler    // #61:连接到EXTI线的USB唤醒
    .weak  EXMC_IRQHandler          // 
    .weak  TIMER4_IRQHandler        // #69:TIMER4全局中断
    .weak  SPI2_IRQHandler          // #70:SPI2全局中断
    .weak  UART3_IRQHandler         // #71:UART3全局中断
    .weak  UART4_IRQHandler         // #72:UART4全局中断
    .weak  TIMER5_IRQHandler        // #73:TIMER5全局中断
    .weak  TIMER6_IRQHandler        // #74:TIMER6全局中断
    .weak  DMA1_Channel0_IRQHandler // #75:DMA1通道0全局中断
    .weak  DMA1_Channel1_IRQHandler // #76:DMA1通道1全局中断
    .weak  DMA1_Channel2_IRQHandler // #77:DMA1通道2全局中断
    .weak  DMA1_Channel3_IRQHandler // #78:DMA1通道3全局中断
    .weak  DMA1_Channel4_IRQHandler // #79:DMA1通道4全局中断
    .weak  CAN1_TX_IRQHandler       // #80:CAN1发送全局中断
    .weak  CAN1_RX0_IRQHandler      // #81:CAN1接收0中断
    .weak  CAN1_RX1_IRQHandler      // #82:CAN1接收1中断
    .weak  CAN1_EWMC_IRQHandler     // #83:CAN1 EWMC中断
    .weak  USBFS_IRQHandler         // #84:USB FS全局中断

和STM32一样,中断处理函数使用弱引用定义,这样如果中断处理函数没有被实现也不会发生链接器错误。

GD32VF103的中断向量表

中断向量表vector_base被放置在.init段的首部,从flash地址0x08000000开始。和STM32不一样的地方在于,GD32VF103的中断向量表实际是由ECLIC控制器CSR寄存器中的mtvec、mtvt、mtvt2寄存器指定。

GD32VF103的中断控制器具有两种模式:默认模式ECLIC模式。模式的设置由mtvec[5:0]指定,当mtvec[5:0]==6’b000011时为ECLIC模式。处理函数入口由mtvec[31:6]指定(处理函数入口地址必须为64字节对齐)。

  1. 默认模式:所有中断,异常,NMI都由mtvec[31:6]指定的处理函数进行处理;
  2. ECLIC模式:异常,NMI由mtvec[31:6]指定的处理函数进行处理,中断由mtvt2寄存器指定的处理函数进行处理,并由mtvt寄存器指定中断向量表地址

GD32VF103 ECLIC的中断向量寄存器

寄存器 全名 说明
mtvec Machine Trap-Vector Base-Address Register 用于配置中断和异常处理程序的入口地址。一般用于处理NMI和异常中断
mtvt ECLIC Interrupt Vector Table Base Address 用于保存ECLIC中断向量表的基地址,此基地址至少为64byte对齐。
mtvt2 ECLIC non-vectored interrupt handler address register 用于指定ECLIC非向量模式的中断common-code入口地址。

RISC-V处理器的中断系统和NVIC的中断系统不同,RISC-V的中断系统分为NMI,异常,外部中断三个概念。因此也分由不同的向量寄存器设置入口地址。由于risc-v的中断和异常都不进行自动现场保护,所以需要软件手动进行现场保护处理,因此无法直接使用C函数响应中断,需要一个基于汇编的入口函数进行处理,在汇编入口函数中再对C函数进行调用。

GD32VF103在ECLIC中断模式中,mtvec用于保存nmi和异常入口函数地址,不会进行自动的向量表调用。需要由入口函数进行转发处理。在官方代码中,响应函数为entry.S中的trap_entry函数。

mtvt2用于保存中断响应入口函数地址,处理函数位于entry.S中的irq_entry,函数mtvt保存向量表地址,mtvt2寄存器的irq_entry函数和mtvt寄存器中的向量表共同组成一个two-stage的中断向量表系统,irq_entry中对现场进行保护,并触发ECLIC调用中断向量表。

start.S中定义vector_base,vector_base的第一个字放置了一条跳转指令直接跳转到_start,程序从这里开始执行,和stm32不同的是,GD32VF103默认的中断向量表并不在vector_base,需要之后_start进行设置

vector_base:
    j _start        // 跳转到_start
    .align    2
    .word     0
    .word     0
    .word     eclic_msip_handler
    .word     0
    .word     0
    .word  	  0
    .word  	  eclic_mtip_handler
    .word  	  0
    .word  	  0
    .word  	  0
    .word  	  0
    .word  	  0
    .word  	  0
    .word  	  0
    .word 	  0
    .word  	  0
    .word  	  eclic_bwei_handler
    .word  	  eclic_pmovi_handler
    .word  	  WWDGT_IRQHandler
	.word     LVD_IRQHandler
	.word     TAMPER_IRQHandler
	.word     RTC_IRQHandler
	.word     FMC_IRQHandler
	.word     RCU_IRQHandler
	.word     EXTI0_IRQHandler
	.word     EXTI1_IRQHandler
	.word     EXTI2_IRQHandler
	.word     EXTI3_IRQHandler
	.word     EXTI4_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel0_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel1_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel2_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel3_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel4_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel5_IRQHandler
	.word     DMA0_Channel6_IRQHandler
	.word     ADC0_1_IRQHandler
	.word     CAN0_TX_IRQHandler
	.word     CAN0_RX0_IRQHandler
	.word     CAN0_RX1_IRQHandler
	.word     CAN0_EWMC_IRQHandler
	.word     EXTI5_9_IRQHandler
	.word     TIMER0_BRK_IRQHandler
	.word     TIMER0_UP_IRQHandler
	.word     TIMER0_TRG_CMT_IRQHandler
	.word     TIMER0_Channel_IRQHandler
	.word     TIMER1_IRQHandler
	.word     TIMER2_IRQHandler
	.word     TIMER3_IRQHandler
	.word     I2C0_EV_IRQHandler
	.word     I2C0_ER_IRQHandler
	.word     I2C1_EV_IRQHandler
	.word     I2C1_ER_IRQHandler
	.word     SPI0_IRQHandler
	.word     SPI1_IRQHandler
	.word     USART0_IRQHandler
	.word     USART1_IRQHandler
	.word     USART2_IRQHandler
	.word     EXTI10_15_IRQHandler
	.word     RTC_Alarm_IRQHandler
	.word     USBFS_WKUP_IRQHandler
    .word     0
    .word     0
    .word     0
    .word     0
	.word     0
	.word     EXMC_IRQHandler
	.word     0
	.word     TIMER4_IRQHandler
	.word     SPI2_IRQHandler
	.word     UART3_IRQHandler
	.word     UART4_IRQHandler
	.word     TIMER5_IRQHandler
	.word     TIMER6_IRQHandler
	.word     DMA1_Channel0_IRQHandler
	.word     DMA1_Channel1_IRQHandler
	.word     DMA1_Channel2_IRQHandler
	.word     DMA1_Channel3_IRQHandler
	.word     DMA1_Channel4_IRQHandler
    .word     0
    .word     0
	.word     CAN1_TX_IRQHandler
	.word     CAN1_RX0_IRQHandler
	.word     CAN1_RX1_IRQHandler
	.word     CAN1_EWMC_IRQHandler
	.word     USBFS_IRQHandler

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