兆易创新-GD32F30X-RT-Thread移植

GD32F307E-START开发板评测移植RT-Thread

1. 软硬件平台

GD32F307E-START Board开发板
MDK-ARM Keil
GCC Makefile

2. 物联网RTOS—RT-Thread

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：

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：

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

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。
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。
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。
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。
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。
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

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

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。

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

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：

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。

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
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。
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.

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。

编写主程序代码

创建一个线程，同时支持串口打印

/*!
    \file  main.c
    \brief USART printf demo
*/

/*
    Copyright (C) 2017 GigaDevice

    2018-04-25, V1.0.0, demo for GD32F30x
*/

#include "gd32f30x.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include <rtthread.h>
#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：

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。

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

GD32F307E-START开发板评测 移植RT-Thread​

1. 软硬件平台​

2. 物联网RTOS—RT-Thread​

RT-Thread Nano的特点​

移植过程​

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RT-Thread Nano的特点

移植过程