大家好我是驚覺。是的，失蹤人口回來了。最近參加了rt-thread的國產MCU移植活動，移植rt-thread到華大的HC32L196。rtt論壇中已有許多介紹移植到各種平臺的文章，詳細講述移植步驟，在rtt論壇搜索“國產MCU移植”即可閱讀。本文不介紹具體移植步驟，而是如往常一樣，分享移植的原理與方法。

移植原理

移植一款軟件，無非是獲取源碼，修改其中與硬件相關的代碼以適配目標硬件。移植rt-thread也是如此，首要任務是要明確要修改哪部分內容。帶著這個問題，我們來分析rt-thread的源碼結構。

rt-thread源碼結構

rt-thread源碼根目錄結構如下：

目錄說明

bsp板級支持包。存放各種硬件平臺的驅動代碼，初始化代碼，工程文件。

components組件。如finsh控制臺，抽象層驅動，文件系統，網絡系統。

examples示例程序

include內核以及libc的頭文件

libcpu與CPU架構相關的接口，為操作系統調度提供支持。

src內核代碼，如線程、定時器、線程間通信（互斥鎖，信號量）。

移植所涉及的目錄有兩個：bsp和libcpu，相應的移植分為BSP移植與CPU架構移植。其他的目錄與具體的CPU無關，無須改動。

CPU架構移植

在嵌入式領域有多種不同 CPU 架構，例如 Cortex-M、ARM920T、MIPS32、RISC-V 等等。為了使 RT-Thread 能夠在不同 CPU 架構的芯片上運行，RT-Thread 提供了一個 libcpu 抽象層來適配不同的 CPU 架構。向下提供了一套統一的 CPU 架構移植接口，這部分接口包含了全局中斷開關函數、線程上下文切換函數、時鐘節拍的配置和中斷函數、Cache 等等內容。下表是 CPU 架構移植需要實現的接口和變量。

函數和變量描述

rt_base_t rt_hw_interrupt_disable（void）;關閉全局中斷

void rt_hw_interrupt_enable（rt_base_t level）;打開全局中斷

rt_uint8_t *rt_hw_stack_init（void *tentry， void *parameter， rt_uint8_t *stack_addr， void *texit）;線程棧的初始化，內核在線程創建和線程初始化里面會調用這個函數

void rt_hw_context_switch_to（rt_uint32 to）;沒有來源線程的上下文切換，在調度器啟動第一個線程的時候調用，以及在 signal 里面會調用

void rt_hw_context_switch（rt_uint32 from， rt_uint32 to）;從 from 線程切換到 to 線程，用于線程和線程之間的切換

void rt_hw_context_switch_interrupt（rt_uint32 from， rt_uint32 to）;從 from 線程切換到 to 線程，用于中斷里面進行切換的時候使用

rt_uint32_t rt_thread_switch_interrupt_flag;表示需要在中斷里進行切換的標志

rt_uint32_t rt_interrupt_from_thread， rt_interrupt_to_thread;在線程進行上下文切換時候，用來保存 from 和 to 線程

是不是看起來挺復雜的，其實rtt已經支持了非常多的CPU架構。下圖的libcpu目錄中已支持多種CPU架構。讓我們看看對arm系列的支持情況，從低端的cortex-m0到高端的cortex-m7，甚至還有cortex-a和cortex-r系列的。大家熟知的stm32f103為cortex-m3內核，stm32f407為cortex-m4內核。如果要移植到的目錄芯片內核出現在此目錄之中，那就無需關注libcpu，只要在配置文件中指定正確的內核即可。

我移植的HC32L196使用cortex-m0+內核，可使用cortex-m0的代碼，因此無須進行CPU構架移植。

bsp結構

由于不需要進行CPU架構移植，所以本次移植相對簡單，唯一的工作就是在rt-thread的bsp目錄中創建自己硬件的bsp。

rt-thread當前支持了100多個bsp，可能大家用的最多的是stm32。不過我并不建議大家在移植時參考stm32，因為它是最復雜的一個bsp。早期rt-thread中關于stm32的bsp比較簡單，各種型號如stm32f10x， stm32f40x都是獨立的bsp。新手入門相對簡單。不過弊病也很明顯：隨著支持的stm32系列的增加，bsp的子目錄也就急劇增加，維護成本很高。可能得益于stm32的HAL庫，可以相對較低的投入將它們合為一個bsp。它們共用一份驅動代碼，其在HAL_Drivers中。可能以后國產MCU的bsp也會發展成這樣，不過對于移植新手，最好是先易后難。我移植的HC32L196是華大單片機，以已經被rtt支持的hc32f4a0為模板進行移植。同時參考了swm320，以及stm32stm32l053-st-nucleo。

大多數bsp目錄結構：

目錄說明

applications用戶代碼。純凈的bsp中只需要一個main.c文件，里面定義main函數。

board板級驅動代碼（最主要的是board.c），鏈接腳本（gcc， keil， iar）。

drivers設備驅動代碼，比如gpio和uart驅動。

figures電路板照片。

Libraries芯片廠商驅動庫。

.config， rtconfig.h， KconfigKconfig配置系統相關文件

rtconfig.py， SConscript， SConstructscons構建系統相關文件

template.uvprojx， template.uvoptxkeil模板工程

project.uvprojx， project.uvoptxkeil工程

template.eww， template.ewpiar模板工程

project.eww， project.ewpiar工程

可分為如下幾類：

代碼文件：applications， board， drivers， Libraries中的.h和.c

Kconfig配置系統相關文件

scons構建系統相關文件

工程模板

代碼結構

先來看看我移植后的keil工程，其打開的幾個目錄就是涉及移植的代碼目錄。applications目錄最為簡單。drivers目錄是移植的重點，不過它不是移植的首要任務。下面幾節介紹移植前最迫切需要搞清楚的內容。

Kconfig

rtt支持通過menuconfig命令來配置內核、組件及軟件包。執行menuconfig命令時，其從Kconfig文件中解析菜單結構，由用戶勾選、配置各個選項，最終將配置結果寫入.config和rtconfig.h。bsp中通常有兩個Kconfig文件。一個位于根目錄，另一個位于board。根目錄中的Kconfig僅僅是導入了別的目錄的Kconfig，所有bsp的基本都一樣，無須修改。

mainmenu “RT-Thread Project Configuration”

config BSP_DIR

string

option env=“BSP_ROOT”

default “。”

config RTT_DIR

string

option env=“RTT_ROOT”

default “。./。.”

config PKGS_DIR

string

option env=“PKGS_ROOT”

default “packages”

source “$RTT_DIR/Kconfig”

source “$PKGS_DIR/Kconfig”

source “board/Kconfig”

board/Kconfig

menu “Hardware Drivers Config”

config MCU_HC32L196

bool

select ARCH_ARM_CORTEX_M0

select RT_USING_COMPONENTS_INIT

select RT_USING_USER_MAIN

default y

menu “Onboard Peripheral Drivers”

endmenu

menu “On-chip Peripheral Drivers”

config BSP_USING_GPIO

bool “Enable GPIO”

select RT_USING_PIN

default y

menuconfig BSP_USING_UART

bool “Enable UART”

default y

select RT_USING_SERIAL

if BSP_USING_UART

config BSP_USING_UART0

bool “Enable UART0”

default y

config BSP_USING_UART1

bool “Enable UART1”

default n

endif

endmenu

menu “Board extended module Drivers”

endmenu

endmenu

其自動選擇了幾個必選的配置，比如RT_USING_USER_MAIN。另，定義了可配置的驅動選項，比如GPIO配置和串口配置。

上述文件對應的串口配置菜單如下：rtt官方文檔中有對Kconfig進行詳細講解：https://www.rt-thread.org/document/site/#/development-tools/kconfig/kconfig

scons和工程模板文件

rt-thread使用scons作為構建系統，其用于編譯源碼，生成固件。不過呢，大家用的最多的，可能是用它生成keil工程，就是在使用menuconfig配置內核、組件和驅動之后，使用如下命令生成keil工程：

scons --target=mdk5

其原理，以生成keil5工程為例，是scons根據rtconfig.h文件中的配置，在template.uvprojx上添加宏定義、頭文件路徑配置、文件鏈接，從而生成project.uvprojx。下圖左側為模板工程，右側為生成的rtt工程。再多說一句，rtt是如何能夠讀寫keil工程文件呢？.uvprojx其實是xml文件，rtt通過模板工程創建新工程，就是在讀寫xml，有興趣的話，可以閱讀rt-thread源碼根目錄下的tools/keil.py。

rtconfig.h是在Kconfig系統中生成，只要修改好Kconfig相關文件后，無須操心rtconfig.h。要修改的是模板工程。不過也很簡單，從其他bsp復制模板工程，修改設備類型，RAM和ROM配置就可以了。其他的配置，如下載接口等，可根據需要修改。稍復雜些的任務是修改下面三種文件：

SConstruct

rtconfig.py

SConscript

這三個文件都是python腳本，只不過它們里面調用了許多scons系統提供的函數。所以，如果熟悉python的話，修改起來會很輕松。

SConstruct

SConstruct是scons的入口腳本，其通過rtconfig.py以導入各種編譯配置，之后調用PrepareBuilding以獲取編譯對象（要編譯哪些文件）。PrepareBuilding會調用各SConscript腳本以獲取編譯對象。這文件一般不用修改，除非參考的bsp有瑕疵。

rtconfig.py

rtconfig.py中定義了各種與編譯相關的選項和參數。

頭部定義CPU架構與型號，還記得文首提到的架構移植嗎？對于rtt已支持的CPU架構，只需要在這里指明即可，scons系統會根據這里的配置選擇相應的架構代碼以進行編譯鏈接。

ARCH=‘arm’

CPU=‘cortex-m0’

其他主要的是編譯參數，比如armcc編譯系列如下。

elif PLATFORM == ‘armcc’：

# toolchains

CC = ‘armcc’

CXX = ‘armcc’

AS = ‘armasm’

AR = ‘armar’

LINK = ‘armlink’

TARGET_EXT = ‘axf’

DEVICE = ‘ --cpu Cortex-M0 ’

CFLAGS = ‘-c ’ + DEVICE + ‘ --apcs=interwork --c99’

AFLAGS = DEVICE + ‘ --apcs=interwork ’

LFLAGS = DEVICE + ‘ --scatter “boardlinker_scriptslink.sct” --info sizes --info totals --info unused --info veneers --list rt-thread.map --strict’

CFLAGS += ‘ -I’ + EXEC_PATH + ‘/ARM/ARMCC/include’

LFLAGS += ‘ --libpath=’ + EXEC_PATH + ‘/ARM/ARMCC/lib’

CFLAGS += ‘ -D__MICROLIB ’

AFLAGS += ‘ --pd “__MICROLIB SETA 1” ’

LFLAGS += ‘ --library_type=microlib ’

EXEC_PATH += ‘/ARM/ARMCC/bin/’

if BUILD == ‘debug’：

CFLAGS += ‘ -g -O0’

AFLAGS += ‘ -g’

else：

CFLAGS += ‘ -O2’

CXXFLAGS = CFLAGS

POST_ACTION = ‘fromelf --bin $TARGET --output rtthread.bin

fromelf -z $TARGET’

這塊與生成keil工程無關，而是在命令行下編譯源碼并生成固件。可能大家平時不會這么編譯，都是用Keil。其實這種方法意義重大，其是持續集成的基礎。

適配起來很也簡單，直接把相同CPU的配置復制過來即可。我移植HC32L196，雖然主要參考HC32F4A0，然而HC32F4A0的構架是cortex-m4，顯然不適合。所以在適配rtconfig.py時，我從stm32stm32l053-st-nucleo獲取cortex-m0的配置。

SConscript

SConscript存在于各源碼目錄下，用于決定編譯哪些文件。這些要編譯的文件也會在創建keil工程中時被包含進去。bsp根目錄下的SConscript用于掃描出子目錄中的SConscript并調用之，一般不用修改。

子目錄下的SConscript大致分為兩種：

將指定文件包含到編譯目標之中，或者使用Glob（‘*.c’）包含所有的C文件。

根據rtconfig.h中的配置來包含被選中的文件。

application中的為第1種，drivers為第2種。修改時依葫蘆畫瓢即可。

更多細節，可參閱：https://www.rt-thread.org/document/site/#/development-tools/scons/scons

board

終于進入代碼講解環節。board目錄中通常會有一個board.c。

void rt_hw_board_clock_init（void）

{

}

void SysTick_Configuration（void）

{

}

void SysTick_Handler（void）

{

/* enter interrupt */

rt_interrupt_enter（）;

rt_tick_increase（）;

/* leave interrupt */

rt_interrupt_leave（）;

}

void rt_hw_board_init（）

{

/* Configure the System clock */

rt_hw_board_clock_init（）;

/* Configure the SysTick */

SysTick_Configuration（）;

#ifdef RT_USING_HEAP

rt_system_heap_init（（void *）HEAP_BEGIN， （void *）HEAP_END）;

#endif#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT

rt_components_board_init（）;

#endif#ifdef RT_USING_CONSOLE

rt_console_set_device（RT_CONSOLE_DEVICE_NAME）;

#endif

}

其做了如下事情：

初始化時鐘

配置SysTick定時器

初始化rtt堆內存模塊

初始化板級驅動，如gpio和uart

設計控制臺串口

所有bsp的board.c都差不多，上面代碼中rt_hw_board_clock_init和SysTick_Configuration空著，這就是移植時需要修改的代碼。其他部分，一般不用修改。

另，配置堆內存時用到的宏定義在board.h之中，需要根據硬件做修改。

#define SRAM_BASE 0x20000000#define SRAM_SIZE 0x8000#define SRAM_END （SRAM_BASE + SRAM_SIZE）

boardlinker_scripts目錄中存放鏈接腳本，需要修改其中有關RAM和ROM的配置。

link.sct：keil鏈接腳本

link.lds：gcc鏈接腳本

沒做iar支持，因為我不用iar，也沒裝iar：）

Libraries

Libraries存放芯片廠商提供的驅動代碼。我移植的HC32L196基本結構如下：

HC32L196_StdPeriph_Driver：分inc和src，存放芯片驅動，如hc32l196_adc.h和hc32l196_adc.c。

CMSISInclude：存放CMSIS相關頭文件，如core_cm0.h

CMSISDeviceHDSCHC32L196Include：雜類驅動頭文件。

CMSISDeviceHDSCHC32L196Source：雜類驅動源文件，比如system_hc32l19x.c，其內包含匯編啟動文件會調用的SystemInit函數。

CMSISDeviceHDSCHC32L196SourceARM：keil匯編啟動文件startup_hc32l19x.s

CMSISDeviceHDSCHC32L196SourceGCC：gcc匯編啟動文件startup_hc32l19x.s

CMSISDeviceHDSCHC32L196SourceIAR：iar匯編啟動文件startup_hc32l19x.s

SConscript：包含本目錄中的代碼文件。在包含匯編啟動文件時，根據rtconfig.CROSS_TOOL來包含相應編譯平臺的文件。

上述這些文件，除了SConscript，都來自芯片廠商的SDK，只不過其文件分布可能與上述不同。視具體情況做調整即可。

匯編啟動文件

關于Libraries中的匯編啟動文件，需要補充說明一點。對于keil版本，一般無須修改。對于gcc版本，需要把跳轉main函數的語句修改為跳轉entry函數。

stm32的啟動文件，其調用的是main函數。需要改為：

bl entry

之所以有如此差異，是因為armcc（keil編譯器）與gcc的機制不同。

armcc

armcc的匯編啟動文件相對簡單，職責如下：

定義堆空間和棧空間，初始化棧指針

定義中斷向量表

定義入口函數Reset_Handler，其先調用SystemInit，之后調用__main

初始化全局變量等工作放在了__main之中，__main完成初始化操作后會調用main函數。不過呢，armcc提供了一種函數補丁機制。如果定義了$Sub$$main函數的話，在main函數調用之前，會先調用$Sub$$main。rt-thread就是通過定義$Sub$$main函數，在其中進行操作系統的初始化，之后調用applications中的main函數以執行用戶代碼。

gcc

gcc匯編啟動文件職責如下：

定義中斷向量表

定義入口函數Reset_Handler，其負責初始化全局變量（data和bss），調用SystemInit，調用main函數

由于gcc沒有armcc那樣的函數補丁機制，所以要運行rt-thread的話，需要將調用main函數改為調用rt-thread入口函數，即entry。

rt-thread根據編譯平臺定義了不同的入口函數，armcc對應$Sub$$main，gcc對應entry。

#ifdef __ARMCC_VERSIONextern int $Super$$main（void）;

/* re-define main function */int $Sub$$main（void）

{

rtthread_startup（）;

return 0;

}

#elif defined（__ICCARM__）extern int main（void）;

/* __low_level_init will auto called by IAR cstartup */extern void __iar_data_init3（void）;

int __low_level_init（void）

{

// call IAR table copy function.

__iar_data_init3（）;

rtthread_startup（）;

return 0;

}

#elif defined（__GNUC__）/* Add -eentry to arm-none-eabi-gcc argument */int entry（void）

{

rtthread_startup（）;

return 0;

}

#endif

移植到HC32L196

如前所說，我不打算詳細講解每一步操作，僅提一些要點。

移植步驟

可分為兩步：

創建可以運行的bsp，這是最關鍵的一步。

填充rtt設備驅動，如gpio和uart，這是相對費時的一步。

之所以分為兩大步，是因為先完成關鍵的一步，運行成功，將給予移植者一個很大的激勵，提高信心。如果第一步失敗了，也好及時查找問題，而不是等經歷了漫長的設備驅動移植后，在測試時發現rt-thread系統都還無法跑起來。

創建可以運行的bsp

所謂可以運行，是指可以讓rt-thread操作系統在芯片上跑起來，并不需要跑finsh控制臺，甚至不需要點亮LED燈，不需要任何外設驅動，能運行如下代碼就行。

main.c

int main（void）

{

for （uint32_t i = 0; ; i++）

{

rt_thread_delay（RT_TICK_PER_SECOND）;

};

}

當然啦，沒有任何外設驅動的話，只能在調試模式下運行才能觀察效果。只要rt_thread_delay的功能正常，就說明rt-thread調度系統正常工作了。

在了解了移植原理后，創建可以運行的bsp應該能較快完成，具體步驟如下：

復制一個bsp，將名稱改為自己的平臺。

使用芯片原廠提供的SDK替換Libraries目錄中的內容。對其中的匯編啟動文件和鏈接腳本要稍加關注，尤其是gcc匯編。

修改board目錄源碼，主要是board.c，完成初始化時鐘和SysTick的工作。

刪除drivers中的文件，或者保留幾個驅動文件的框架，刪除硬件相關代碼。

修改模板工程。

修改Kconfig相關文件。

修改Scons相關文件。

使用menuconfig更新rtconfig.h文件。

使用scons生成rt-thread工程。10.編譯燒錄調度。

RT-Thread Studio

創建可以運行的bsp之后，之后就是開發驅動程序了。此時其實是可以使用RT-Thread Studio開發的，其有一個非常好用的功能：導入Keil或者IAR項目到工作空間中。我在之后的驅動開發環節一直使用RT-Thread Studio編寫代碼。

gpio映射表

struct rt_pin_ops

{

void （*pin_mode）（struct rt_device *device， rt_base_t pin， rt_base_t mode）;

void （*pin_write）（struct rt_device *device， rt_base_t pin， rt_base_t value）;

int （*pin_read）（struct rt_device *device， rt_base_t pin）;

rt_err_t （*pin_attach_irq）（struct rt_device *device， rt_int32_t pin，

rt_uint32_t mode， void （*hdr）（void *args）， void *args）;

rt_err_t （*pin_detach_irq）（struct rt_device *device， rt_int32_t pin）;

rt_err_t （*pin_irq_enable）（struct rt_device *device， rt_base_t pin， rt_uint32_t enabled）;

rt_base_t （*pin_get）（const char *name）;

};

rt-thread gpio設備驅動接口使用引腳號（pin）來操作指定的引腳。早期的bsp會定義一個大數組來存儲引腳列表，下圖是swm320定義的列表。這種方式比較繁瑣。通常芯片的GPIO口有一定的規律，比如PA0-PA15，PB0-PB15，PC0-PC15，等等。這些GPIO對應的寄存器的地址是連續的，可以通過一個公式將寄存器地址轉換為引腳序號，反之亦然。

因此出現了使用GET_PIN宏來計算指定GPIO引腳序號的方法，比如GET_PIN（A， 5）會計算出PA5引腳的序號。可能stm32 bsp最先使用這種方法，大家移植的時候可以參考一下。

支持gcc

支持編譯

HC32L196的原廠SDK中并不支持gcc。不過筆者是eclipse系列IDE的忠實用戶，既然原廠不支持，那我就自己支持吧。

首先，要創建匯編啟動文件：LibrariesCMSISDeviceHDSCHC32L196SourceGCCstartup_hc32l19x.s。

怎么創建呢，當然不需要從零開始啦。從其他cortex-m0的bsp中復制一個來修改。比如stm32的，

bspstm32librariesSTM32L0xx_HALCMSISDeviceSTSTM32L0xxSourceTemplatesgccstartup_stm32l053xx.s

修改中斷向量表和中斷函數即可。

另外要關注下rtconfig.py和boardlinker_scriptslink.lds，同樣可以參考cortex-m0的bsp。

支持燒錄

添加了對gcc的支持后，使用RT-Thread Studio創建開發板支持包，就可以真正使用RT-Thread Studio來開發項目了。不過在這之前，需要先編譯出固件并燒錄驗證。

使用scons命令編譯。編譯后的固件位于bsp根目錄：

可使用J-Flash燒錄：成功運行：大家在使用J-Flash創建工程時，可能發現找不到自己的硬件配置。如下圖，HC32系列只有我移植的HC32L196，而沒有HC32F4A0等，這是我自己添加進去的。怎么添加呢，可參考我之前的一篇文章：RT-Thread Studio燒寫國產mcu（swm320）固件的方法。

后記

本次移植過程相當漫長，不是因為移植任務本身艱難，而是我只能用碎片化的時間進行移植。有幾天我九點半準備下班回家移植，老板覺得走的太早，硬是拖到十點，這些天就沒有早于十一點到家的。大家說這樣的老板是不是很可惡？表示贊同的，支持下筆者，點個再看唄：）。

責任編輯：haq