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在 RISC-V 芯片 GD32V 上运行 RT-Thread

GD32VF103 开发板

去年九月份的时候 RT-Thread 的 Andy Chen 组织定做了一块 GD32V 开发板,托 Andy 的福,我也搭车买了一块。

这块开发板小巧精美,供电、烧录、调试信息打印都是通过一个 Type-C USB 接口进行,更重要的是它所搭载的主控芯片 GD32VF103 是一颗采用 RISC-V 内核设计的 MCU,这对于对 RISC-V 感兴趣的同学来说,具有十足的吸引力。

GD32VF103 系列 SOC 是兆易创新与芯来科技合作,基于 RISC-V 架构设计的一款面向 IOT 领域的 MCU,主频最高 108 MHZ,根据定位差异,片内 Flash 16~128 KB,片上 SRAM 8~32 KB。

在定制这块板子的时候,陈老大为我们选了 Flash 和 SRAM 容量最大的那颗,所以在选择上大家不用纠结。

更加难能可贵的是兆易开放了完整的用户手册,有 500 多页。这颗芯片采用的 RISC-V 内核是芯来科技设计的,代号 Bumblebee,芯来科技也开放了一份关于 Bumblebee 的指令架构手册,详细描述了这颗芯片采用的 RISC-V 指令集、内核特权架构、中断异常、Timer 以及低功耗相关的机制,总的来说,用这颗芯片来做 RISC-V 相关的研究学习,还是很合适的。

SDK

随开发板配套了一份 RT-Thread Nano SDK,里面还包含有开发板的原理图和简单的使用手册以及代码烧写工具 GigaDevice MCU ISP Programmer ,整套 SDK 可以在 https://realthread.cowtransfer.com/s/8350a2c039b740 下载。

由于当时为了让大家尽快拿到开发板,所以仓促中板子上的 JTAG 口留下了一点小瑕疵——如果要连 JTAG 的话,需要做一点小修改,这个在开发板原理图《GD32VF_EVB_V1_20190901》中有说明。

参考配套文档《GD32VF使用说明_20190919》 即可完成 RT-Thread 代码的编译,然后根据该文档描述的固件烧录方法,按着板子的 BOOT0 按键,再按 RESET 按键使板子进入烧写模式,然后通过GigaDevice MCU ISP Programmer 烧录固件到板子上。

需要注意的是,板子烧录固件是通过板子上的 UART 转 USB 烧写的,烧录时串口波特率需要设置为 256000,系统启动后,RT-Thread 也通过这个 UART 打印调试信息,打印调试信息的波特率为 115200,注意不要搞错了。

另外,同一时刻,串口调试工具和 GigaDevice MCU ISP Programmer 烧录软件,只有一个能占用串口,所以在烧录固件之前要记得关闭串口调试工具,否则有可能会无法正常进入烧录模式。

运行 RT-Thread mainline

如果是做产品的话,使用芯片供应商提供的 SDK 是最靠谱的,如果是学习研究的话,我一向喜欢尝试最新的代码,所以 RT-Thread mainline 是一定要试一试的。

安装 ENV 工具 和 risc-v toolchain

RT-Thread 支持 Windows 和 Linux 两种编译开发环境,这里我打算在 Windows 下编译开发,所以需要先去 RT-Thread 官网下载一个 ENV 工具:https://www.rt-thread.org/page/download.html

工具下载下来后解压到任何你喜欢的地方,但是记住路径里面不要有中文字符,双击 env.exe 可执行程序就可以启动进入命令行模式,还可以通过右键把它添加到 Windows 的开始工具栏。

关于 ENV 的详细使用说明可以参考《Env用户手册》和 《RT-Thread 编程指南》,这两份文档在 RT-Thread 官网都可以下载:https://www.rt-thread.org/document/site/

我发现工具里面默认只带了 arm_gcc 的 toolchain,这里要编译 RISC-V,所以还需要下载 RISC-V 的 toolchain,RISC-V 官方的 toolchain 在 Github 上,地址如下:https://github.com/xpack-dev-tools/riscv-none-embed-gcc-xpack/releases

选择对应的版本,下载后解压到 ENV 工具的 /tools/gnu_gcc/risc-v/目录下。

为了能在 ENV 命令行里面认到 riscv-none-embed-gcc 相关的命令,还需要做如下修改:

即在 env 的 tools/ConEmu/ConEmu/CmdInit.cmd 文件里重新设置 RTT_EXEC_PATH 环境变量,把原来的 arm_gcc 路径替换成刚才下载的 risc-v toolchain 的安装路径。

我查阅了前面提到的两份RT-Thread 文档和官网论坛上关于 ENV 的常见问题问答贴,没找到关于在 ENV 里面添加 命令的修改说明,所以上面这个修改方法是我尝试出来的,不一定科学,如果有人知道更科学的修改方法,请告诉我。

当然,前面的 SDK 包里也提供了 env 和 risc-v toolchain,但是在这里我想用最新的工具和代码从头开始尝试下整个过程。

修改 RT-Thread mainline 代码

RT-Thread 的官方代码托管在 Github 上,可以通过 git 下载:

git clone https://github.com/RT-Thread/rt-thread.git

其实 RT-Thread mainline 已经支持了 GD32VF103 ,不过对应的开发板是 GigaDevice 官方的 gd32vf103-eval。

这块开发板和我手上的开发板有个很重要的区别——这块开发板上面有贴一颗外部高速晶振,而我手上的板子没有贴,芯片是依靠内部的 8M RC 振荡时钟工作的,内部振荡时钟的精度要低一些,但是对于不使用以太网的场合,基本是够用的。

所以在系统时钟配置部分需要做如下修改:

即把 __SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_IRC8M 这个宏打开, __SYSTEM_CLOCK_108M_PLL_HXTAL 这个宏屏蔽。

我们板子上有带 三个 LED、所以流水灯这种经典项目必须加上:

bsp/gd32vf103v-eval/applications/main.c 文件的 main 函数中加入如下内容:

rt_kprintf("Hello GD32VF103VBT6! build %s %s\r\n", __DATE__, __TIME__);
    // gpio clk    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOE);    // gpio init    gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_PIN_3);    gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_PIN_4);    gpio_init(GPIOE, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_PIN_5);
    while (1)    {        gpio_bit_reset(GPIOE, GPIO_PIN_3);	rt_thread_mdelay(300);
	gpio_bit_reset(GPIOE, GPIO_PIN_4);	rt_thread_mdelay(300);
	gpio_bit_reset(GPIOE, GPIO_PIN_5);	rt_thread_mdelay(300);
	gpio_bit_set(GPIOE, GPIO_PIN_3);	rt_thread_mdelay(30);
	gpio_bit_set(GPIOE, GPIO_PIN_4);	rt_thread_mdelay(30);
	gpio_bit_set(GPIOE, GPIO_PIN_5);	rt_thread_mdelay(30);    }

修改后的代码我推送到了Gitee 上,如果有同学感兴趣,可以直接 clone 下来 have a try:

git clone https://gitee.com/andyshrk/rt-thread.git

编译

打开 ENV 工具,进入 RT-Thread 源码的 /bsp/gd32vf103v-eva/ 目录下运行 scons 命令进行编译:

编译成功会生成 rtthread.bin 文件,参考提到的文档使用 GigaDevice MCU ISP Programmer 烧写到开发板上。

系统成功启动后在串口中会看到如下打印,并且板子上的 3 个 LED 灯会轮流闪烁:

这个 warning 似乎是因为某个堆栈设置的太小了,等我后面具体看下代码再处理掉。

这篇文章中提到的各种文档大家可以在前面陈老大提供的下载链接中下载,同时我整理补充了一份放在某盘上备用,感兴趣的同学可以在后台发送关键字 gd32v 获取下载链接。

本文分享自微信公众号 - HackforFun(gh_c8e36f389b90),作者:HackforFun

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原始发表时间:2020-04-19

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