基于PYNQ的RT-Thread移植

• 配置需求

1. 操作系统：Windows 10
2. 硬件设备：PYNQ-Z1
3. 开发环境：Vivado2018.3
4. RT-Thread系统版本：https://gitee.com/rtthread/rt-thread，标签：V4.0.3

• 移植步骤

1. 安装PYNQ-Z1的board file文件

通过网址https://github.com/cathalmccabe/pynq-z1_board_files将下载好的PYNQ-Z1.zip文件解压到安装好的vivado路径Vivado\2018.3\data\boards\board_files下面即可。

1. 使用vivado创建工程文件

首先在E盘，也可以在其它磁盘创建一个空的文件夹用来存放工程，取名为workspace。打开vivado，选择新建一个工程。点击Next。工程路径存放在之前我们创建的workspace空文件夹下面，然后工程名称取名为rtthread。然后，点击Next选择“RTL project”，选择Next，选择“Boards”，找到PYNQ-Z1，选择Next（如下图所示)。

 选择Finish即可完成工程的创建。

然后，选择左侧“Create Block Design”，跳出对话框，默认点OK，选择“+”添加IP，

选择类型为ZYNQ7。

 选择“Run Block Automation”，跳出对话框，默认点OK，此时会自动连接引脚。将M_AXI_GP0_ACLK引脚连接到FCLK_CLK0，否则在生成HDL的时候会报错。

切到“source”下，右击选择“Create HDL Wrapper…”，跳出对话框默认OK。

右击选择“Generate Output Product”。跳出对话框默认Generate即可。点击左侧“Generate Bitstream”，生成bit流文件。跳出对话框默认OK即可。

将硬件信息导出，如下图所示。

导出的时候比特流文件也要导出，记得勾选。否则后期生产BOOT.BIN缺失FPGA文件。

 此时在工程文件下的SDK文件夹下面就会出现design_1_wrapper.hdf文件。即硬件描述文件。

1. 通过SDK移植RT-Thread系统

接着之前的vivado工程，在FILE选择Lanch SDK打开SDK。跳出对话框默认选择ok。

选择“File”→“New”→“Application Project”，弹出New Project视图，输入工程名称rtthread，单击Next，选择Empty Application，单击Finish完成硬件平台的创建。

在rtthread.sdk\rtthread目录下，新建rt-thread目录。将下载的rtthread代码放入该目录。为了减少编译错误，先移植rtthread的内核以及shell功能，将源码的未用组件及无关目录进行删除，工程没有使用scons构建工具，其相关文件均可删除。

其中，

1. bsp文件夹，删除除zynq7000外的所有文件夹；
2. components文件夹，删除除drivers、finsh外的所有文件夹；
3. components\drivers文件夹，删除除include、serial、src外的所有文件夹；
4. 删除documentation文件夹；
5. 删除examples文件夹；
6. libcpu文件夹，删除除arm外的所有文件夹；
7. libcpu\arm文件夹，删除除zynq7000外的所有文件夹；
8. 内核tools文件夹。
9. 将bsp\zynq7000\applications目录下的application.c文件移到rtthread.sdk\rtthread\src目录下。

在rtthread项目文件夹上单击鼠标右键，选择Properties。在弹出的Properties for rtthread视图左侧选择“C/C++ Build”→“Settings”。在右侧Settings界面选择“Tool Settings”→“ARM v7 gcc compiler”→“Directories”。在Include Paths中依次添加需要的内核头文件库目录，单击Apply应用配置变更。内核头文件目录如下表所示：

rtthread\rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\include

rtthread\rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\bsp\zynq7000

rtthread\rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\bsp\zynq7000\drivers

rtthread\rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\libcpu\arm\zynq7000

rtthread\rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\components\finsh

rtthread\rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\components\drivers\include

添加链接配置文件。在右侧Settings界面选择“Tool Settings”→“ARM v7 gcc linker”→“Linker Script”。在Linker Script中添加需要的链接配置文件，此处选择rtthread.sdk\rtthread\rt-thread\bsp\zynq7000\zynq7000.ld文件，单击Apply应用配置变更。

修改application.c文件的rt_init_thread_entry()函数如下所示，为了方便看出rtthread启动任务的效果，在该函数添加while(1)循环。

/* thread phase init */ static void rt_init_thread_entry(void *parameter) {     /* do component initialization */     rt_components_init();     while (1) {         rt_thread_delay(100);         rt_kprintf("running on cpu %d\n", rt_cpu_get_smp_id() & 0x0f);     }     /* add your initialization here */ }

此时，刷新rtthread项目编译，编译通过。

1. 调试

首先，板卡选择JTAG模式。

右键点击rtthread工程，选择“Debug As”→“Debug Configurations…”，进入到Debug Configurations对话框。

双击“Xilinx C/C++ application(System Debugger) ”，进入到“System Debugger using Debug_rtthread.elf on Local”。在Target Setup标签页，选择“Reset entire system”。在Applications标签页，“Application”选择编译生成的rtthread.elf文件。点击Debug，进入调试界面。点击“Suspend”，让程序进入到暂停状态。进入application.c文件，在rt_thread_delay(100)行，右键选择“Run to Line”,让程序运行到该任务。

• 模块移植

1. 时钟修改

参考时钟定义在board.h，参考数据手册或者创建工程中zynq模块中的时钟定义对该文件进行修改。

1. 串口模块

• 串口驱动文件有uart.c和uart_hw.h文件。
• 修改uart0的管脚为MIO14和MIO15。
• 打印为乱码，怀疑为波特率设置不对，确定Zynq7000_SLCR_UART_CLK_CTRL寄存器的配置存在问题，需要在配置之前将该寄存器置0。

__REG32(Zynq7000_SLCR_BASE+Zynq7000_SLCR_UART_CLK_CTRL) &= 0x0;

__REG32(Zynq7000_SLCR_BASE+Zynq7000_SLCR_UART_CLK_CTRL) |= (0x14 << 8) | 0x01;

经过修改，串口打印正常，如下图所示。

1. 网口模块

移植net目录下得lwip-1.4.1模块，

• 删除无关代码。
• 编译过程中，ethernetif.c文件提示如下三个宏未定义，源代码中，宏通过配置文件定义，因此在ethernetif.h添加宏定义。

#define RT_LWIP_IPADDR "192.168.1.9" #define RT_LWIP_GWADDR "192.168.1.1" #define RT_LWIP_MSKADDR "255.255.255.0"

• 在开始运行过程中，网络可以ping通，但串口打印不正常，提示“(priority < RT_THREAD_PRIORITY_MAX) assertion failed at function:_rt_thread_init,”，判断是_rt_thread_init()函数中对优先级进行判断时出现问题。经过跟踪，发现在lwip模块中定义任务时，由于以下定义优先级的宏大于RT_THREAD_PRIORITY_MAX而导致出错，而以下几个宏在源代码中是通过配置文件处理的，因此，参考源代码中的配置文件修改宏结果如下：

#define TCPIP_THREAD_PRIO           10 #define RT_ETHERNETIF_THREAD_PREORITY   12

经过修改，网口可以正常ping，串口也打印正常，如下图所示。