RT-Thread 的 CPU 固件移植理解

网友投稿 923 2022-05-30

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博主介绍

RT-Thread 的 CPU 抽象层

在嵌入式领域有多重不同的 CPU 架构,我们知道 RT-Thread 是支持不同架构的嵌入式操作系统,我们先来大概看一下 RT-Thread 的架构。

可以看到 RT-Thread 提供了一个 libcpu 抽象层来适配不同的 CPU 架构, libcpu 向上对内核提供统一的接口,包括全局中断的开关,线程栈的初始化,上下文切换等。

RT-Thread 的 libcpu 抽象层向下提供了一套统一的 CPU 架构移植接口,这部分接口包含了全局中断 开关函数、线程上下文切换函数、时钟节拍的配置和中断函数、Cache 等等内容。

接下来让我们一起看看 RT-Thread 嵌入式系统的文件目录:(https://github.com/RT-Thread/rt-thread)

我手头的开发板是潘多拉物联网开发版,CPU 是 STM32L475VET6,去官网找到对应的文档可以得知 CPU 架构为 Cortex-M4 架构:

打开 rt-thread\libcpu\arm\cortex-m4 目录会发现有如下几个文件:

libcpu\arm\cortex-m4 目录下文件

context_gcc.S

context_iar.S

context_rvds.S

cpuport.c

SConscript

RT-Thread 的 CPU 固件移植理解

其中上面的 context_rvds.S 文件就是 RT-Thread 的对该 CPU 提供的移植接口,相关 API 如下:

具体的如何去移植,如何去修改对应参数,建议参考《RT-Thread 编程指南》的内核移植部分内容。

STM32CubeMX 固件工具

STM32CubeMX 是一个图形化的工具,可以使用该工具来很方便的配置 STM32 微处理器的相关硬件并生成底层驱动(Low-layer APIs(LL)),硬件抽象层接口(Hardware abstraction layer APIs(HAL)),板级支持包(Board Support Package(BSP))。

概括的说,STM32CubeMX 图形界面可以完成以下功能:

快速简便地配置所选外设和中间件的MCU引脚、时钟树和工作模式。

为开发板设计人员生成引脚配置报告。

生成一个完整项目,包含所有必需的库和初始化C代码,以在用户定义的工作模式下设置设备。可以在选定的应用开发环境中直接打开项目(适用于一系列支持的IDE),以继续进行应用程序开发。

下载安装 CubeMX,

这里需要注意的是,该工具依赖 Java 环境,需要具备 Java 8.0 的环境,并配置环境变量,否则安装失败。

RT-Thread 的 BSP

前面我们已经看到 RT-Thread 的目录中有一个 bsp 文件夹,BSP 框架结构如下图所示:

每一个 STM32 系列的 BSP 由三部分组成,分别是通用库、BSP 模板和特定开发板 BSP,下面的表格以 F1 系列 BSP 为例介绍这三个部分:

例如我手头的这个潘多拉 STM32L4 开发版,在 bsp\stm32\stm32l475-atk-pandora 目录下,我们可以在该目录看到 board\CubeMX_Config 目录中的 STM32CubeMX 工程,双击可以直接打开。

提示,建议复制一个 CubeMX_Config 目录再修改,可以对照前后变化。

当然,一般情况下我们不必要修改具体开发板下面的CubteMX,因为已经和开发板配套设置好了,如果我们手头有一款开发板还没有纳入 bsp 目录,此时我们可以去 bsp\stm32\libraries\templates\下面寻找对应系列的模板并打开进行修改。

在 CubeMX 工程中将芯片型号为修改为实际型号,例如: STM32F103RBTx 。

打开外部时钟、设置下载方式、打开串口外设(注意只需要选择串口外设引脚即可,无需配置其他参数):

配置系统时钟:

设置项目名称,并在指定地址重新生成 CubeMX 工程:

最终 CubeMX 生成的工程目录结构如下图所示:

这里你是不是就有疑问了,生成的其余的文件夹为什么可以删除,那是因为在 bsp\stm32\libraries\STM32L4xx_HAL\ 已经包含了 STM32 的公共固件库(系列通用 HAL 库)。

而在 bsp\stm32\libraries\HAL_Drivers\ 存放的是对应的驱动文件(连接 RT-Thread 内核和 HAL 之间的桥梁) 例如我们 gpio 的驱动 drv_gpio.c。

在 CubeMX 生成的文件中除了上面提到的 HAL 库外还有一个叫 CMSIS 的文件夹。

CMSIS(微控制器软件接口标准,Cortex Microcontroller Software Interface Standard)是 ARM 官方设计的驱动包,框图如下:

ARM 推出 CMSIS 软件包意在统一各大芯片厂商的外设驱动,DSP 数字信号处理,下载器和各个主流 RTOS 的 API 统一。几年下来,各个厂商一直是各自为战,所以 CMSIS 的驱动一直没有被各个芯片厂商采用。

任务调度 嵌入式

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