RT-Thread内核移植

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前言

  本文以正点原子W601开发板为基础，讲解如何移植RT-Thread，本文所用资料见附件资源

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一、实验平台简介

1.1 W601简介

  W601就是国内联盛德微电子推出的一款集 WiFi 与 MCU 为一体的 WIFI 芯片方案，以代替传统的 WIFI 模组+外置 MCU 方案。它集成了 Cortex-M3 内核，是一款支持多功能接口的 SoC 芯片。可作为主控芯片应用于智能家电、智能家居、智能玩具、医疗监护、工业控制等物联网领域
  W601 主要有如下优势：
①具有 Cortex M3 内核，拥有强劲的新能，更高的代码密度、位带操作、可嵌套中断、低成本低功耗，高达 80MHz 的主频，非常适合物联网场景的使用。
②该芯片最大的优势就是集成了 WIFI 功能，单芯片方案可代替了传统的 WIFI 模组+外置MCU 方案，并且采用 QFN68 封装，7mm*7mm，可以大大缩小产品体积。
③具有丰富的外设，拥有高达 288KB 的片内 SRAM 和高达 1Mbyte 的片内 FLASH，并且支持 SDIO、SPI、UART、GPIO、I2C、PWM、I2S、7861、LCD、ADC 等外设。
  学习 W601 有几份资料经常用到：

《W601 芯片产品规格书》
《WM_W601_寄存器手册》
《W601 芯片设计指导书》

  其中，最常用的是《WM_W601_寄存器手册》，该文档是官方针对 W601 芯片提供的一份参考资料，里面有绝大部分寄存器的详细描述，内容详实，方便大家编写代码，不过没有实例，也没有对 Cortex-M3 构架进行多少介绍，读者只能根据自己对书本的理解来编写相关代码。当然官方也提供了相关外设例程，但也都是基于操作系统的。而《W601 芯片产品规格书》和《W601 芯片设计指导书》可以让我们更好的了解 W601 的电气参数和硬件电路的设计。

1.2 RT-Thread简介

  RT-Thread 是一款完全由国内团队开发维护的嵌入式实时操作系统（RTOS），具有完全的自主知识产权。RT-Thread，全称是 Real Time-Thread，顾名思义，它是一个嵌入式实时多线程操作系统，基本属性之一是支持多任务。可以使用Env 工具对源码功能进行配置或裁剪，生成 MDK/IAR/GCC 工程，需要配合 MDK/IAR/GCC 使用。也可以使用自家RT-Thread Studio下载源码包并创建 rt-thread 工程，独立完成开发、编译、下载、调试等功能，并能进行功能裁剪。
  而对于资源丰富的物联网设备，RT-Thread 又能使用在线的软件包管理工具，配合系统配置工具实现直观快速的模块化裁剪，无缝地导入丰富的软件功能包，实现类似 Android 的图形界面及触摸滑动效果、智能语音交互效果等复杂功能。相较于 Linux 操作系统，RT-Thread 体积小，成本低，功耗低、启动快速，除此以外 RT-Thread 还具有实时性高、占用资源小等特点，非常适用于各种资源受限（如成本、功耗限制等）的场合。虽然 32 位 MCU 是它的主要运行平台，实际上很多带有 MMU、基于 ARM9、ARM11 甚至 Cortex-A 系列级别 CPU 的应用处理器在特定应用场合也适合使用 RT-Thread。
  RT-Thread内核分为三个版本，有标准版本、Nano版本以及Smart版本。RT-Thread Nano 是一个极简版的硬实时内核，它是由 C 语言开发，采用面向对象的编程思维，具有良好的代码风格，是一款可裁剪的、抢占式实时多任务的 RTOS。其内存资源占用极小，功能包括任务处理、软件定时器、信号量、邮箱和实时调度等相对完整的实时操作系统特性，类似于FreeRTOS。RT-Thread Smart 是基于 RT-Thread 操作系统上的混合操作系统，简称为 rt-smart，它把应用从内核中独立出来，形成独立的用户态应用程序，并具备独立的地址空间（32 位系统上是 4G 的独立地址空间），类似于linux操作系统。
  近年来，物联网（Internet Of Things，IoT）概念广为普及，物联网市场发展迅猛，嵌入式设备的联网已是大势所趋。终端联网使得软件复杂性大幅增加，传统的 RTOS 内核已经越来越难满足市场的需求，在这种情况下，物联网操作系统（IoT OS）的概念应运而生。物联网操作系统是指以操作系统内核（可以是 RTOS、Linux 等）为基础，包括如文件系统、图形库等较为完整的中间件组件，具备低功耗、安全、通信协议支持和云端连接能力的软件平台，RT-Thread 就是一个 IoT OS。RT-Thread标准版与其他很多 RTOS 如 FreeRTOS、uC/OS 的主要区别之一是，它不仅仅是一个实时内核，还具备丰富的中间层组件，如下图所示。

  从版本简介中可以看出，Nano版本是标准版本 的极简内核版本，Smart版本是在标准版本上增加了用户态创造而来，所以学习标准版本是学习 RT-Thread 的基础。本篇文章以学习 RT-Thread标准版本为例，为大家讲解移植，具体内核与设备驱动学习可以见官网详细说明：
https://www.rt-thread.org/document/

1.3 开发环境

1. MDK安装见下链接：
   https://blog.csdn.net/weixin_44567668/article/details/134191384
   需要下载安装MDK、串口驱动以及ST-Link驱动
2. 串口下载程序（见附件资源）
3. W601官方SDK（见附件资源）
4. RT-Thread内核源码（见附件资源）
   https://download.csdn.net/download/weixin_44567668/88503413

二、W601的SDK移植

三、RT-Thread内核移植

四、下载验证

4.1 串口下载程序

  首先需要安装串口驱动，安装见前面开发环境搭建。然后在附件资源里找到星通智联串口调试下载助手，双击运行ThingsTurn_Serial_Tool.exe。
  选择 ALIENTEK W601 开发板在电脑上的 COM 口，在电脑的“控制面板->设备管理器->端口（COM 和 LPT）”中查看，如果电脑的 COM 口太多，请插拔开发板的 USB 线观察具体的 COM 口编号。串口参数按如图所示参数进行设。打开串口后，还需要选择 FLS 文件路径（这里的文件选择上面新建工程并且编译后的 BIN 文件夹路径就可以了，如果没有 FLS，请先编译工程），然后点击下载，就可以将程序下载到 W601 芯片。

4.2 ST-Link下载

  首先需要安装ST-Link驱动，安装见前面开发环境搭建。打开 Options for Target 选项卡，在 Debug 栏选择仿真工具为 ST-Link Debugger，这里我们还勾选了 Run to main()，如图所示：

  然后我们点击 Settings，设置ST-Link的一些参数，如图所示：

  单击 OK，完成此部分设置，接下来我们还需要在 Utilities 选项卡里面设置下载时的目标编程器，我们直接勾选 Use Debug Driver，即和调试一样，选择高速 DAP 来给目标器件的 FLASH 编程，如图所示：

  然后这里需要拷贝官方提供的下载算法 W60X_QFlash.FLM（路径为附件资源\W601的RT-Thread开发环境\WM_SDK\Doc\W60X_QFLASH_Driver_for_SWD\W60X_QFlash）文件到MDK安装目录下（路径为.\Keil_v5\ARM\Flash），如图所示：

  然后点击 Utilities->Settings，在 Download Function 勾选“Reset and Run”功能，在“RAM for Algorithm”处，需要将 Size 改为“0x00002000”，而后点击 Add 选项，选择刚刚拷贝的下载算法“Winner Micro 1M Flash V1.0”，然后点击 Add，添加后最后点击 OK 退出就可以了。

  在设置完之后，点击确定，然后再点击 OK，回到 IDE 界面，编译一下工程。然后点击下载按钮，就可以下载代码到 W601 上面了，如图所示：