OPENHW开源CORE-V-MCU移植RT-Thread
项目背景
OpenHW Group 是一个以协作方式开发开源硬件和相关软件的非营利组织，致力于开发、验证和提供开源处理器内核。OpenHW Group的开源项目致力于开发和验证基于免费和开放的RISC-V指令集架构 (ISA) 系列内核，称为 CORE-V系列。CV32E40P 开源处理器 IP 内核，这是 OpenHW CORE-V 系列中第一个经过全面验证的内核。本文的对象就是基于CV32E40P实现的开源CORE-V-MCU移植RT-Thread。
CORE-V-MCU目前是以软核的形式在FPGA上进行了实现，中科院 PLCT 实验室针对CV32E40P内核的CORE-V-MCU适配了QEMU,本文最终的验证在QEMU上进行。
前期准备
开发环境：ubuntu18.04
验证示例工程
本次实验验证的平台是PLCT提供的QEMU，在Linux下的QEMU可以使用上述的笔者编译好的，也可以使用自己尝试编译PLCT提供的源码。
OPENHW提供了基于FreeRTOS的示例工程，由于使用的是PLCT提供的QEMU，所以IDE中自带的工程并不能直接使用，为了避免不必要的麻烦，本文采用PLCT提供的示例工程。
下载好示例工程,进入到app目录，执行以下命令配置编译工程：
source ../env/core-v-mcu.sh
make RISCV=xxx //xxx为工具链的路径
编译完成后将生成的cli_test可执行文件拷到qemu的安装目录，运行下述命令验证工程;
./qemu-system-riscv32 -M core_v_mcu -bios none -kernel cli_test -nographic -monitor none -serial stdio
运行结果：
出现上述结果，则表示示例工程运行正常，这样我们就有一个可移植的模板工程，后续移植基于该工程开展。
移植RT-Thread
CV32E40P内核是一个RISC-V架构的内核，移植RTOS不可避免的会涉及到汇编部分的修改，所以在移植前期学习一下RISC-V架构与汇编会产生事半功倍的效果，同样在一之前需要熟悉CV32E40P的内核资源。
（https://docs.openhwgroup.org/projects/core-v-mcu/doc-src/overview.html）
cv32e40p继承自pulp开源的RI5CY内核，而RI5CY内核的对接代码在RT-Thread的仓库libcpu/riscv/rv32m1已经实现，所以以RI5CY中的代码为基础，移植cv32e40p的对接代码。
成功移植RT-Thread有如下几个关键的阶段：
-
节拍定时器正常工作
-
线程可以正常创建，调度（这步最难，需要前面好多工作来保证）
-
shell可以正常使用（从这开始就顺利多了）
RTOS的最小时间单位是系统节拍，系统正常工作需要节拍定时器的支持，因而以节拍定时器的移植为切入点展开移植。
core-v-mcu.c中放置的是系统初始化，中断处理相关代码。其中system_init函数完成了时钟初始化，串口，I2C等外设的初始化，以及中断函数的绑定。在文件的开头可以找到如下一个指针数组：
1void(*isr_table[32])(uint32_t);
该数组用于绑定中断入口函数。
1for(inti=0;i< 32;i++){
2isr_table[i]=undefined_handler;
3handler_count[i]=0;
4}
5isr_table[0x7]=timer_irq_handler;
6isr_table[0xb]=(void(*)(uint32_t))fc_soc_event_handlzer1;
在system_init函数中我们可以找到上述代码，浏览该文件我们可以知道，timer_irq_handler即系统定时器的中断入口函数，
在原有FreeRTOS工程中该函数内容如下：
1voidtimer_irq_handler(uint32_tmcause)
2{
3#warningrequirescriticalsectionifinterruptnestingisused.
4if(xTaskIncrementTick()!=0){
5vTaskSwitchContext();
6}
7}
该函数实现系统节拍的产生，所以将这里的内容修改为RT-Thread的节拍产生的方式，修改如下：
1voidtimer_irq_handler(uint32_tmcause)
2{
3#warningrequirescriticalsectionifinterruptnestingisused.
4rt_interrupt_enter();
5rt_tick_increase();
6rt_interrupt_leaves();
7}
涉及到中断，我们就得考虑系统的中断的实现方式，中断一般会分为向量中断与非向量中断。RISC-V常在启动后文件中进行中断模式的配置。从crt0.S文件可以找到如下代码：
1/*setvectortableaddress*/
2laa0,__vector_start
3ora0,a0,1/*enablevectoredmode(hardcodedanywayforCV32E40P)*/
4csrwmtvec,a0
RISC-V规范定义中断、异常的入口地址，以及模式使用mtvec寄存器配置，上述代码将系统的中断模式配置为了向量模式，向量模式下，每个函数均包含一个独立的入口函数用来处理中断。所以我们切换至写中断向量表的文件vector.S,我们可以很明显的看到一段代码,从名字就可以看出下面是一张向量表 ：
1vector_table:
2jfreertos_risc_v_trap_handler//irq0
3jfreertos_risc_v_trap_handler
4jfreertos_risc_v_trap_handler
5jfreertos_risc_v_trap_handler//irq3
6jfreertos_risc_v_trap_handler
7jfreertos_risc_v_trap_handler
8jfreertos_risc_v_trap_handler
9jfreertos_risc_v_trap_handler//ctxt_handler//irq7mtimeortimer
10jfreertos_risc_v_trap_handler
11jfreertos_risc_v_trap_handler
12jh7//freertos_risc_v_trap_handler
13jfreertos_risc_v_trap_handler//irq11Machine(eventFifo)
14jfreertos_risc_v_trap_handler
15jfreertos_risc_v_trap_handler
16jfreertos_risc_v_trap_handler
17jfreertos_risc_v_trap_handler
18jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ16
19jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ17
20jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ18
21jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ19
22jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ20
23jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ21
24jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ22
25jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ23
26jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ24
27jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ25
28jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ26
29jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ27
30jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ28
31jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ29
32jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ30
33jfreertos_risc_v_trap_handler//IRQ30
PS:上述向量表看的我懵了好久啊，相信对于刚接触底层不久的小伙伴也会有同样的感受吧，向量表不是一张多姿多彩的表吗，怎么感觉都一样啊？？？不急，我们在看一下core-v-mcu.c这个文件，又会发现一段非常显眼的代码：
1voidvSystemIrqHandler(uint32_tmcause)
2{
3uint32_tval=0;
4//externvoid(*isr_table[32])(uint32_t);
5isr_table[mcause&0x1f](mcause&0x1f);
6}
结合上文，思考一下大致可以明白这个函数的作用了：分发中断。即所有的异常与中断触发后均会执行这个函数，那我们全局搜索一下这个函数，
找一下是哪里调用了.全局搜索可以找到如下代码：
1CPPFLAGS+=-DportasmHANDLE_INTERRUPT=vSystemIrqHandler
继续搜索DportasmHANDLE_INTERRUPT可从portASM.S找到如下代码;
1load_xsp,xISRStackTop/*SwitchtoISRstackbeforefunctioncall.*/
2jalportasmHANDLE_INTERRUPT
3jprocessed_source
浏览代码可知，系统触发中断或异常后最终均会执行vSystemIrqHandler函数，该函数是在freertos_risc_v_trap_handler函数中被调用，至此我们大致可以明白整个过程了，当中断或者异常出发后，会查询向量表，执行freertos_risc_v_trap_handler函数，该函数会调用vSystemIrqHandler，经其分发后最终执行到系统初始化时绑定的中断入口函数。
在RT-Thread 中由interrupt_gcc.S中的函数实现vSystemIrqHandler函数的调用，所以我们修改中断向量表的内容如下：
1vector_table:
2jIRQ_Handler//irq0
3jIRQ_Handler
4jIRQ_Handler
5jIRQ_Handler//irq3
6jIRQ_Handler
7jIRQ_Handler
8jIRQ_Handler
9jIRQ_Handler//ctxt_handler//irq7mtimeortimer
10jIRQ_Handler
11jIRQ_Handler
12jIRQ_Handler//IRQ_Handler
13jIRQ_Handler//irq11Machine(eventFifo)
14jIRQ_Handler
15jIRQ_Handler
16jIRQ_Handler
17jIRQ_Handler
18jIRQ_Handler//IRQ16
19jIRQ_Handler//IRQ17
20jIRQ_Handler//IRQ18
21jIRQ_Handler//IRQ19
22jIRQ_Handler//IRQ20
23jIRQ_Handler//IRQ21
24jIRQ_Handler//IRQ22
25jIRQ_Handler//IRQ23
26jIRQ_Handler//IRQ24
27jIRQ_Handler//IRQ25
28jIRQ_Handler//IRQ26
29jIRQ_Handler//IRQ27
30jIRQ_Handler//IRQ28
31jIRQ_Handler//IRQ29
32jIRQ_Handler//IzRQ30
33jIRQ_Handler//IRQ30
浏览IRQ_Handler可知，触发中断或异常均会执行该代码，该函数的主要的功能就是实现了软件保存上下文。根据RISC-V规范可知,RISC-V架构定义不支持硬件压栈，所以需要软件实现这部分，这样做的出发点大概是为了简化RISC-V架构的内核的设计吧！！！
libcpu/riscv/rv32m1中的IRQ_Handler函数存在如下内容
1/*switchtointerruptstack*/
2lasp,__stack//移植时需修改
3/*interrupthandle*/
4callrt_interrupt_enter
5csrra0,mcause
6csrra1,mepc
7mva2,sp
8callSystemIrqHandler//移植时需修改
9callrt_interrupt_leave
这部分的作用是，加载中断栈的栈顶地址与执行保存上文之后的工作，这里是调用SystemIrqHandler函数进行中断分发，修改如下：
1/*switchtointerruptstack*/
2lasp,__freertos_irq_stack_top//栈顶地址位于链接脚本中
3/*interrupthandle*/
4callrt_interrupt_enter
5csrra0,mcause
6csrra1,mepc
7mva2,sp
8callvSystemIrqHandler//调用vSystemIrqHandler函数
9callrt_interrupt_leave
在board.c的rt_hw_board_init函数中，添加如下代码：
1vPortSetupTimerInterrupt();//初始化定时器
2volatileuint32_tmtvec=0;
3__asmvolatile("csrr%0,mtvec":"=r"(mtvec));//声明仅有一张向量表
4__asmvolatile("csrsmie,%0"::"r"(0x880));//使能定时器中断与外部中断
至此，基本的移植工作已经完成，可以采用静态创建任务的方式，实现多任务的创建与调度。
动态内存
在board.c添加下述代码：
1#ifdefined(RT_USING_USER_MAIN)&&defined(RT_USING_HEAP)
2#defineRT_HEAP_SIZE(64*1024)
3staticrt_uint8_trt_heap[RT_HEAP_SIZE];
4void*rt_heap_begin_get(void)
5{
6returnrt_heap;
7}
8void*rt_heap_end_get(void)
9{
10returnrt_heap+RT_HEAP_SIZE;
11}
12#endif
在rt_hw_board_init添加下述代码：
1#ifdefined(RT_USING_USER_MAIN)&&defined(RT_USING_HEAP)
2rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(),rt_heap_end_get());
3#endif
完成上述工作便可使用RT-Thread的动态内存相关接口，同样可以种动态创建线程的函数。
shell
在链接脚本的.text段添加如下内容
1/*sectioninformationforfinshshell*/
2.=ALIGN(4);
3__fsymtab_start=.;
4KEEP(*(FSymTab))
5__fsymtab_end=.;
6.=ALIGN(4);
7__vsymtab_start=.;
8KEEP(*(VSymTab))
9__vsymtab_end=.;
10.=ALIGN(4);
实现以下函数：
1charrt_hw_console_getchar(void)
2{
3returnudma_uart_getchar(0);
4}
1voidrt_hw_console_output(constchar*str)
2{
3writeraw(0,strlen(str),(uint8_t*)str);
4}
注：writeraw函数来自udma_uart_writeraw，去掉了其中涉及FreeRTOS的API.
完成上述部分便可以使用RT-Thread的shell。
自动初始化
在链接脚本的.text段添加如下内容：
1/*sectioninformationforinitial.*/
2.=ALIGN(4);
3__rt_init_start=.;
4KEEP(*(SORT(.rti_fn*)))
5__rt_init_end=.;
6.=ALIGN(4);
添加上述代码后便可使用RT-Thread的自动初始化接口。
结果验证
在生成的目标文件的目录下，输入运行命令，示例命令：
1/home/wangshun/bin/qemu-riscv/bin/qemu-system-riscv32-Mcore_v_mcu-biosnone-kernelrtthread.elf-nographic-monitornone-serialstdio
使用时，/home/wangshun/bin/qemu-riscv/bin/修改为用户的qemu的路径。
运行结果如下：
1|/
2-RT-ThreadOperatingSystem
3/|5.0.0buildDec16202211:25:07
42006-2022CopyrightbyRT-Threadteam
5HelloRT-Thread
6msh>help
7RT-Threadshellcommands:
8finshToCLI-SwitchtoCLI:CLIcomponentofCore-V-MCU
9pin-pin[option]
10clear-cleartheterminalscreen
11version-showRT-Threadversioninformation
12list-listobjects
13help-RT-Threadshellhelp.
14ps-Listthreadsinthesystem.
15free-Showthememoryusageinthesystem.
16msh>ps
17threadpristatusspstacksizemaxusedlefttickerror
18---------------------------------------------------------
19tshell20running0x000001600x0000100022%0x00000009OK
20tidle031ready0x000000f00x0000010098%0x1c05e62dOK
21timer4suspend0x000000e00x0000020043%0x00000008OK
22msh>
至此，移植RT-Thread至OPENHW开源的基于CV32E40P内核的CORE-V-MCU便移植完成。
CORE-V-MCU bsp
core-v-mcu的bsp已经合并至RT-Thread的主仓库，并配有详细的使用说明。
小结
在为RISC-V移植RTOS时，笔者认为要具备RISC-V架构规范与编程规范的基本的了解，磨刀不误砍柴工嘛，虽然在写本文时洋洋洒洒写的很自在，但是在移植的过程中每遇到一个坑就会卡好久，不过也不要妄自菲薄，经过这么一个过程就好很多了,此时不禁让人感慨“两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山”。
审核编辑 ：李倩
-
开源
+关注
关注
3文章
3231浏览量
42346 -
RT-Thread
+关注
关注
31文章
1266浏览量
39864 -
RISC-V
+关注
关注
44文章
2216浏览量
45969
原文标题：OPENHW开源CORE-V-MCU移植RT-Thread
文章出处：【微信号：RTThread，微信公众号：RTThread物联网操作系统】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
发布评论请先 登录
相关推荐
OPENHW开源CORE-V-MCU移植RT-Thread
i.MX RT1170：VGLite移植RT-Thread Nano过程讲解(上)
OPENHW开源CORE-V-MCU移植RT-Thread的流程
移植RT-Thread的原理与方法
【国产MCU移植】HC32F460基于Keil MDK 移植 RT-Thread Nano
【国产MCU系列】在 HK32F030 上移植 RT-Thread Nano
基于 Keil MDK 移植 RT-Thread Nano
RT-Thread操作系统的FreeRTOS兼容层
机智云设备移植RT-Thread
工商网监
评论