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i.MX RT 系列 BSP 制作教程

为了让广大开发者更好、更方便地使用 BSP 进行开发，RT-Thread 开发团队重新整理了现有的 i.MX RT 系列的 BSP，推出了新的 BSP 框架。新的 BSP 框架在易用性、移植便利性、驱动完整性、代码规范性等方面都有较大提升，在新的 BSP 框架下进行开发，可以大大提高应用的开发效率。

和 RT-Thread 以往提供的 i.MX RT 的 BSP 不同，新的框架将不会出现一个 BSP 通过 Env 配置来适配不同开发平台的情况。而是将这些不同的开发平台通过不同的 BSP 文件展示出来。这种方式不仅大大降低了代码的耦合性，减少了 BSP 的维护成本，而且让开发者可以更容易地找到自己需要的资源。

新的 BSP 框架还引入了 MCUXpresso Config Tools 工具，可以使用该工具来对引脚和时钟进行配置。MCUXpresso 工具提供了图形化的配置界面，这种图形化的配置方式对开发者来说更加直观，不仅可以让开发者灵活地配置 BSP 中使用的资源，并且可以让开发者对资源的使用情况一目了然。

新 BSP 框架的主要特性如下：

  • 提供多系列 BSP 模板，大大降低新 BSP 的添加难度。
  • BSP 驱动文件比较完善，开发者可以方便地使用所有驱动。
  • 使用 MCUXpresso 工具配置引脚及时钟。

1. BSP 框架介绍

BSP 框架结构如下图所示：

BSP 框架图

i.MX RT 系列的 BSP 由三部分组成，分别是官方 SDK、通用驱动和特定开发板 BSP，下面的表格以 1050 系列 BSP 为例介绍这三个部分：

项目 文件夹 说明
官方 SDK imxrt/libraries/MIMXRT1050 1050 系列官方 SDK
drivers imxrt/libraries/drivers i.MX RT 系列通用 RTT 驱动
特定开发板 BSP imxrt/imxrt1052-nxp-evk NXP 官方 imxrt1050 EVK 开发板 BSP

2. 知识准备

制作一个 BSP 的过程就是构建一个新系统的过程，因此想要制作出好用的 BSP，要对 RT-Thread 系统的构建过程有一定了解，需要的知识准备如下所示：

  • 掌握 i.MX RT 系列 BSP 的使用方法

    了解 BSP 的使用方法，可以阅读 BSP 说明文档 中使用教程表格内的文档。了解外设驱动的添加方法可以参考《外设驱动添加指南》。

  • 了解 scons 工程构建方法

    RT-Thread 使用 scons 作为系统的构建工具，因此了解 scons 的常用命令对制作新 BSP 是基本要求。

  • 了解设备驱动框架

    在 RT-Thread 系统中，应用程序通过设备驱动框架来操作硬件，因此了解设备驱动框架，对添加 BSP 驱动是很重要的。

  • 了解 kconfig 语法

    RT-Thread 系统通过 menuconfig 的方式进行配置，而 menuconfig 中的选项是由 kconfig 文件决定的，因此想要对 RT-Thread 系统进行配置，需要对 kconfig 语法有一定了解。

  • 熟悉 MCUXpresso 工具的使用

    在新的 i.MX RT 系列 BSP 中利用了 MCUXpresso 工具对底层硬件进行配置，因此需要了解 MCUXpresso 工具的使用方法。

3. BSP 制作方法

本节以制作野火 imxrt1052-fire-pro 开发板的 BSP 为例，讲解如何为一个新的开发板添加 BSP。

BSP 的制作过程分为如下五个步骤：

  1. 复制通用模板
  2. 使用 MCUXpresso 工具配置工程
  3. 修改 BSP 中的 Kconfig 文件
  4. 修改构建工程相关文件
  5. 重新生成工程

在接下来的章节中将会详细介绍这五个步骤，帮助开发者快速创建所需要的 BSP。

3.1 复制通用模板

制作新 BSP 的第一步是复制一份同系列的 BSP 模板作为基础，通过对 BSP 模板的修改来获得新 BSP。目前提供的 BSP 模板系列如下表所示：

工程模板 说明
libraries/templates/imxrt1050xxx 1050 系列 BSP 模板

本次示例所用的 1050 系列 BSP 模板文件夹结构如下所示：

F1 系列 BSP 模板文件夹内容

本次制作的 BSP 为 1050 系列，因此拷贝模板文件夹下的 imxrt1050xxx 文件夹，并将该文件夹的名称改为 imxrt1052-fire-pro ，注意文件夹命名规则为：芯片型号 + 厂家名 + 板子名称。如下图所示：

复制通用模板

在接下来的 BSP 的制作过程中，将会修改 board 文件夹内的配置文件，将 1050 系列的 BSP 模板变成一个适用于野火 imxrt1052-fire-pro 开发板的 BSP ，下表总结了 board 文件夹中需要修改的内容：

项目 需要修改的内容说明
MCUX_Config （文件夹） MCUX_Config 工程
linker_scripts （文件夹） 链接脚本
Kconfig 芯片型号、系列、外设资源
SConscript 芯片启动文件、目标芯片型号

3.2 使用 MCUXpresso 配置工程

没有安装 MCUXpresso 软件可以访问 NXP 官网下载 MCUXpresso 软件。

在制作 BSP 的第二步，需要创建一个基于目标芯片的 MCUXpresso 工程。默认的 MCUXpresso 工程在 MCUX_Config 文件夹中，双击打开 MCUX_Config.mex 工程，如下图所示：

open_cubemx

使用 MCUXpresso 工具的一个好处就是可以图形化的配置引脚，不同子系列的芯片外设之间的区别一般是使用的引脚不一样，使用 RT-Thread 外设驱动的第一步就是需要配置外设对应的引脚，而外设的初始化不需要使用工具配置，这个过程在 RT-Thread 外设驱动中完成。

  1. 配置外设引脚：BSP 需要一个串口用来做控制台输出，按照下图所示配置串口外设的对应的引脚，只需选择引脚对应的信号为串口外设的接收或者发送即可，无需配置其他参数。

配置芯片引脚

  1. 配置时钟：时钟配置工具可以配置 MCU 内部的时钟线上的时钟，外设模块的 clock gate 默认是关闭的，外设初始化的时候才会被打开。如下图所示可以配置串口外设时钟频率：

配置时钟

  1. 导出引脚及时钟配置代码相关源文件到 BSP 的 MCUX_Config 文件夹中，引脚配置对应源文件为 pin_mux.c 和 pin_mux.h，时钟配置对应源文件为 clock_config.c 和 clock_config.h 。

生成对应的配置代码

最终 MCUXpresso 生成的工程目录结构如下图所示：

CubeMX 图 7

3.3 修改 Kconfig 选项

在本小节中修改 board/Kconfig 文件的内容有如下两点：

  • 芯片型号
  • BSP 上的外设支持选项

芯片型号和系列的修改如下表所示：

宏定义 意义 格式
SOC_MIMXRT1052CVL5B BSP 芯片型号 SOC_MIMXRT10xxx
SOC_IMXRT1050_SERIES BSP 芯片系列 SOC_IMXRT10xx_SERIES,i.MX RT 目前包括1015、1020、1050、1060及1064系列

关于 BSP 上的外设支持选项，一个初次提交的 BSP 仅仅需要支持 GPIO 驱动和串口驱动即可，因此在配置选项中只需保留这两个驱动配置项，如下图所示：

修改 Kconfig

修改 Kconfig

3.4 修改工程构建相关文件

接下来需要修改用于构建工程相关的文件。

3.4.1 修改链接脚本

linker_scripts 链接文件如下图所示：

需要修改的链接脚本

下面以 MDK 使用的链接脚本 link.sct 为例，演示如何修改链接脚本：

linkscripts_change

本次制作 BSP 使用的芯片为 MIMIRT1052CVL5B，开发板外接的 QSPI FLASH 大小为 32MB，因此修 m_text_size 为 0x1fffdbff。m_text_size、m_interrupts_size 和 m_flash_config_size 的大小合计为 32MB。

其他两个链接脚本的文件分别为 IAR 使用的 link.icf 和 GCC 编译器使用的 link.lds，修改的方式也是类似的，如下图所示：

  • link.icf 修改内容

    link_icf

  • link.lds 修改内容

    link_lds

3.4.2 修改构建脚本

在这一步中需要修改芯片型号，具体可以参考 SDK 下面的 fsl_device_registers.h 文件来确定芯片型号，修改内容如下图所示：

修改启动文件和芯片型号

3.4.3 修改工程模板

template 文件是生成 MDK/IAR 工程的模板文件，通过修改该文件可以设置工程中使用的芯片型号以及下载方式。MDK4/MDK5/IAR 的工程模板文件，如下图所示：

MDK/IAR 工程模板

下面以 MDK5 模板的修改为例，介绍如何修改模板配置：

选择芯片型号

修改程序的默认下载方式：

配置下载方式

配置下载方式

3.5 重新生成工程

重新生成工程需要使用 Env 工具。

3.5.1 重新生成 rtconfig.h 文件

在 Env 界面输入命令 menuconfig 对工程进行配置，并生成新的 rtconfig.h 文件。如下图所示：

输入 menuconfig 进入配置界面

选择要打开的外设

3.5.2 重新 MDK/IAR 工程

下面以重新生成 MDK 工程为例，介绍如何重新生成 BSP 工程。

使用 env 工具输入命令 scons --target=mdk5 重新生成工程，如下图所示：

重新生成 BSP 工程

重新生成工程成功：

重新生成 BSP 工程

到这一步为止，新的 BSP 就可以使用了。

接下来我们可以分别使用命令 scons --target=mdk4 和 scons --target=iar，来更新 mdk4 和 IAR 的工程，使得该 BSP 变成一个完整的，可以提交到 GitHub 的 BSP。

感谢每一位贡献代码的开发者，RT-Thread 将与你一同成长。

4. 规范

本章节介绍 RT-Thread i.MX RT 系列 BSP 制作与提交时应当遵守的规范 。开发人员在 BSP 制作完成后，可以根据本规范提出的检查点对制作的 BSP 进行检查，确保 BSP 在提交前有较高的质量 。

1. BSP 制作规范

i.MX RT BSP 的制作规范主要分为 3 个方面：工程配置，ENV 配置和 IDE 配置。在已有的 i.MX RT 系列 BSP 的模板中，已经根据下列规范对模板进行配置。在制作新 BSP 的过程中，拷贝模板进行修改时，需要注意的是不要修改这些默认的配置。BSP 制作完成后，需要对新制作的 BSP 进行功能测试，功能正常后再进行代码提交。

下面将详细介绍 BSP 的制作规范。

工程配置

  • 遵从 RT-Thread 编码规范，代码注释风格统一
  • main 函数功能保持一致
    • 如果有 LED 的话，main 函数里只放一个 LED 1HZ 闪烁的程序
  • 在 rt_hw_board_init 中需要完成堆的初始化：调用 rt_system_heap_init
  • 默认只初始化 GPIO 驱动和 FinSH 对应的串口驱动，不使用 DMA
  • 当使能板载外设驱动时，应做到不需要修改代码就能编译下载使用
  • 提交前应检查 GCC/MDK/IAR 三种编译器直接编译或者重新生成后编译是否成功

ENV 配置

  • 系统心跳统一设置为 1000（宏：RT_TICK_PER_SECOND）
  • BSP 中需要打开调试选项中的断言（宏：RT_DEBUG）
  • 系统空闲线程栈大小统一设置为 256（宏：IDLE_THREAD_STACK_SIZE）
  • 开启组件自动初始化（宏：RT_USING_COMPONENTS_INIT）
  • 需要开启 user main 选项（宏：RT_USING_USER_MAIN）
  • 默认关闭 libc（宏：RT_USING_LIBC）
  • FinSH 默认只使用 MSH 模式（宏：FINSH_USING_MSH_ONLY）

IDE 配置

  • 使能下载代码后自动运行
  • 使能 C99 支持
  • 使能 One ELF Setion per Function（MDK）
  • keil/iar 生成的临时文件分别放到 build 下的 keil/iar 文件夹下
  • MDK/GCC/IAR 生成 bin 文件名字统一成 rtthread.bin

2. BSP 提交规范

  • 提交前请认真修改 BSP 的 README.md 文件，README.md 文件的外设支持表单只填写 BSP 支持的外设，可参考其他 BSP 填写。查看文档 i.MX RT 系列驱动介绍 了解驱动分类。
  • 提交 BSP 分为 2 个阶段提交：
    • 第一阶段：基础 BSP 包括串口驱动和 GPIO 驱动，能运行 FinSH 控制台。完成 MDK4、MDK5 、IAR 和 GCC 编译器支持，如果芯片不支持某款编译器（比如 MDK4）可以不用做。 BSP 的 README.md 文件需要填写第二阶段要完成的驱动。
    • 第二阶段：完成板载外设驱动支持，所有板载外设使用 menuconfig 配置后就能直接使用。若开发板没有板载外设，则此阶段可以不用完成。不同的驱动也要分开提交，方便 review 和合并。
  • 只提交 BSP 必要的文件，删除无关的中间文件，能够提交的文件请对照其他 BSP。
  • 提交 i.MX RT 不同系列的 Library 库时，请参考 1050 系列的 FSL 库。
  • 提交前要对 BSP 进行编译测试，确保在不同编译器下编译正常。
  • 提交前要对 BSP 进行功能测试，确保 BSP 的在提交前符合工程配置章节中的要求。