【GD32307E-START】RT-Thread移植测试

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试

1. 软硬件平台

  1. GD32F307E-START Board开发板
  2. MDK-ARM Keil
  3. GCC Makefile

2. 物联网RTOS—RT-Thread

  1. RT-Thread

RT-Thread诞生于2006年,是一款以开源、中立、社区化发展起来的物联网操作系统。 RT-Thread主要采用 C 语言编写,浅显易懂,且具有方便移植的特性(可快速移植到多种主流 MCU 及模组芯片上)。RT-Thread把面向对象的设计方法应用到实时系统设计中,使得代码风格优雅、架构清晰、系统模块化并且可裁剪性非常好。RT-Thread完整版,通过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,并且可以无缝地导入丰富的软件功能包,从而实现复杂功能。

下图是 RT-Thread 的软件框图:

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第1张图片

  1. RT-Thread Nano

​ 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。适用于大量使用的 32 位 ARM 入门级 MCU 的场合。

下图是 RT-Thread Nano 的软件框图,包含支持的 CPU 架构与内核源码,还有可拆卸的 FinSH 组件:
【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第2张图片

支持架构:ARM:Cortex M0/ M3/ M4/ M7 等、RISC-V 及其他。

功能:线程管理、线程间同步与通信、时钟管理、中断管理、内存管理。

RT-Thread Nano的特点
  1. 下载简单

    RT-Thread Nano 以软件包的方式集成在 Keil MDK 与 CubeMX 中,可以直接在软件中下载 Nano 软件包获取源码,获取方式详见 基于 Keil MDK 移植 RT-Thread Nano 与 基于 CubeMX 移植 RT-Thread Nano 。同时也提供 下载 Nano 源码压缩包 的途径,方便在其他开发环境移植 RT-Thread Nano,如 基于 IAR 移植 RT-Thread Nano。

  2. 代码简单
    与RT-Thread 完整版不同的是,Nano 不含 Scons 构建系统,不需要 Kconfig 以及 Env 配置工具,也去除了完整版特有的 device 框架和组件,仅是一个纯净的内核。

  3. 移植简单
    由于 Nano 的极简特性,使 Nano 的移植过程变得极为简单。添加 Nano 源码到工程,就已完成 90% 的移植工作。

  4. 易裁剪:Nano 的配置文件为 rtconfig.h,该文件中列出了内核中的所有宏定义,有些默认没有打开,如需使用,打开即可。

  5. 易添加 FinSH 组件:FinSH 组件 可以很方便的在 Nano 上进行移植,而不再依赖 device 框架,只需要对接两个必要的函数即可完成 FinSH 移植。

  6. 资源占用小:对 RAM 与 ROM 的开销非常小,在支持 semaphore 和 mailbox 特性,并运行两个线程 (main 线程 + idle 线程) 情况下,ROM 和 RAM 依然保持着极小的尺寸,RAM 占用约 1K 左右,ROM 占用 4K 左右。

移植过程

  1. RT-Thread Nano 内核移植

    RT-Thread Nano移植较为简单,参考官方教程。我这里里面可能有少步骤的,大体也差不多。其实我实际对接内核就改了一个SystemClock_Config()函数的实现,其他的基本上没有太大变化,然后就是一些宏定义的打开,特别是你需要使用FINSH组件的时候。

官方移植教程 基于 Keil MDK 移植 RT-Thread Nano

官方移植教程 在 RT-Thread Nano 上添加控制台与 FinSH

  1. 在之前的工程模板基础上,添加RT-Thread Nano代码文件。在keil里面添加文件即可。

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第3张图片

components Finsh
include 头文件
libcpu Cortex M0/ M3/ M4/ M7/RISC-V
src 内核源代码(重点)

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第4张图片

  1. 需要注意是,RT-Thread/port里面需要选择与芯片匹配的文件,GD32F307E-START Board是Cortex-M4内核的芯片,选择添加相关文件。Cortex-M 芯片内核移植文件如下:

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第5张图片

  1. RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler(),这两个函数已由 RT-Thread 实现,所以需要删除工程里中断服务例程文件中的这两个函数,避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译,没有出现函数重复定义的错误,则不用做修改。因此在我们的工程里面需要把gd32f30x_it.c文件中的HardFault_Handler、PendSV_Handler、SysTick_Handler函数注释掉。

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第6张图片
4. 添加board.c rtconfig.h文件,这两个文件非常重要。重点需要修改这两个文件。

  修改rt_hw_board_init,SystemClock_Config();你可以main函数里的systick_config();注释掉

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  1. 由于 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现,做了系统 OS Tick,所以还需要删除工程里中原本已经实现的 SysTick_Handler() ,避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译,没有出现函数重复定义的错误,则不用做修改。

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  2. 系统内存堆的初始化
    系统内存堆的初始化在board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成,内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启,RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能,这样可以保持一个较小的体积,不用为内存堆开辟空间。
    开启系统 heap 将可以使用动态内存功能,如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能,则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可,此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用.
    初始化内存堆需要堆的起始地址与结束地址这两个参数,系统中默认使用数组作为 heap,并获取了 heap 的起始地址与结束地址,该数组大小可手动更改.
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注意:开启 heap 动态内存功能后,heap 默认值较小,在使用的时候需要改大,否则可能会有申请内存失败或者创建线程失败的情况,修改方法有以下两种:

  • 可以直接修改数组中定义的 RT_HEAP_SIZE 的大小,至少大于各个动态申请内存大小之和,但要小于芯片 RAM 总大小。
  • 也可以参考 《RT-Thread Nano 移植原理》——实现动态内存堆 章节进行修改,使用 RAM ZI 段结尾处作为 HEAP 的起始地址,使用 RAM 的结尾地址作为 HEAP 的结尾地址,这是 heap 能设置的最大值的方法。
  1. 编写主程序代码

    创建一个线程,同时支持串口打印

    
    #include "gd32f30x.h"
    #include "systick.h"
    #include 
    #include 
    #include "bsp_led.h"
    
    
    /* retarget the C library printf function to the USART */
    int fputc(int ch, FILE *f)
    {
        usart_data_transmit(USART0 , (uint8_t)ch);
        while(RESET == usart_flag_get(USART0 , USART_FLAG_TBE));
        return ch;
    }
    
    /*****************************************************************************
      * @brief  This function
      * @param  None
      * @retval None
      */
    void bsp_uart_init(void)
    {
    	
        /* enable GPIO clock */
        rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    		
        /* enable AF clock */
    	rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
    
        /* enable USART clock */
        rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);
    
        /* connect port to USARTx_Tx */
        gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
    
        /* connect port to USARTx_Rx */
        gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_7);
        
    	/* USART0 remap configure */
    	  gpio_pin_remap_config(GPIO_USART0_REMAP,ENABLE);
    		
        /* USART configure */
        usart_deinit(USART0);
    		
        usart_baudrate_set(USART0, 115200U);
    		
        usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);
    		
        usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    		
        usart_enable(USART0);	
    	
    }
    
    
    /* 定义线程控制块 */
    static rt_thread_t led_thread = RT_NULL;
    
    /*
    *************************************************************************
    *                             线程定义
    *************************************************************************
    */
     
    static void led_thread_entry(void* parameter)
    {	
    	while (1)
    	{
    
            gpio_bit_set(GPIOC,GPIO_PIN_6);
            rt_thread_delay(500);   /* 延时500个tick */
            rt_kprintf("led_thread running,LED1_ON\r\n");
            
            gpio_bit_reset(GPIOC,GPIO_PIN_6);    
            rt_thread_delay(500);   /* 延时500个tick */		 		
            rt_kprintf("led_thread running,LED1_OFF\r\n"); 
    
    
            rt_kprintf("led_thread running,LED2_ON\r\n");     
            rt_thread_delay(500);   /* 延时500个tick */
            
            rt_kprintf("led_thread running,LED2_OFF\r\n");
            rt_thread_delay(500);   /* 延时500个tick */
            
    	
    	}
    }
    
    /*
    *************************************************************************
    *                             函数声明
    *************************************************************************
    */
    static void led_thread_entry(void* parameter);
    
    void Hardware_Init(void)
    {
    
        SystemInit (); 
       	//systick_config();
        bsp_uart_init();
    
        HW_LED_Init();  
        
    }
    
    int main(void)
    {
    	Hardware_Init();
        printf("SystemInit [ok] \r\n");
        printf("systick_config[ok] \r\n");
        printf("bsp_uart_init [ok] \r\n");
        printf("Hardware_Init [ok] \r\n");
        printf("LED_Init [ok] \r\n");
        printf("GD32307E-START Board Testing \r\n");
    
       led_thread =                          /* 线程控制块指针 */
        rt_thread_create( "led",              /* 线程名字 */
                          led_thread_entry,   /* 线程入口函数 */
                          RT_NULL,             /* 线程入口函数参数 */
                          512,                 /* 线程栈大小 */
                          3,                   /* 线程的优先级 */
                          20);                 /* 线程时间片 */
                       
        /* 启动线程,开启调度 */
       if (led_thread != RT_NULL)
            rt_thread_startup(led_thread);
        else
            return -1;
        
    }
    
    

    需要注意的是,用于finish打印,实现rt_ktprintf() 此函数可以在kservies.c中实现

    如果需要使用Finsh组件,需要添加相关的代码文件,并且添加rt_hw_console_getchar()代码实现

    //用于finish打印,实现rt_ktprintf()
    //此函数可以在kservies.c中实现
    void rt_hw_console_output(const char *str)
    {
    //    printf(str);
     
          rt_size_t i = 0, size = 0;
          char a = '\r';
          size = rt_strlen(str);
          
          for (i = 0; i < size; i++)
            {
                    if ( *(str+i) == '\n')
                    {
                         usart_data_transmit(USART0,a);
                         while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
                    }
                    usart_data_transmit(USART0, *(str+i));
                    while(RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TBE));
            }
     
    }
    
    //用于finish输入
    char rt_hw_console_getchar(void)
    {
          int ch =-1;
         
          if( usart_flag_get(USART0,USART_FLAG_RBNE) != RESET)
            {
               ch  =   (uint8_t)usart_data_receive(USART0);
               
     
            }
          else{
                if ( usart_flag_get(USART0,USART_FLAG_ORERR) != RESET)
                {
                    usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_RBNE);
                    //rt_thread_mdelay(10);
                }
     
          }
          
          return ch;
    }
    
    

测试效果:

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第13张图片
【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第14张图片【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第15张图片

其实gcc的工程 我也进行了实验,但是虽然能下载程序了,但是不能进入内核出现错误,后面有时间再看看吧,有时间继续实践里面的各个example,完成rt-thread的学习。
【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第16张图片
【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第17张图片

【GD32307E-START】RT-Thread移植测试_第18张图片
同样的问题,有时间看看这个能不能修改成功
GD32 RT_Thread Nano —UNALIGNED 非对齐访问出错
https://blog.csdn.net/qq_34442618/article/details/122586131?

  1. RT-Thread 完整版测试

    在RT-Thread的官方仓库里面有这个板子的bsp,但是我进行了下载程序,不是这个程序的效果。后面有时间再看看吧。

    https://gitee.com/rtthread/rt-thread/tree/master/bsp/gd32/arm/gd32307e-start

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