# GD32 RISC-V系列 BSP 制作教程 ## 1. BSP 框架介绍 BSP 框架结构如下图所示： ![BSP 框架图](./figures/frame.png) GD32的BSP架构主要分为三个部分：libraries、tools和具体的Boards，其中libraries包含了GD32的通用库，包括每个系列的Firmware Library以及适配RT-Thread的drivers；tools是生成工程的Python脚本工具；另外就是Boards文件，当然这里的Boards有很多，我这里值列举了GD32VF103V_EVAL。 ## 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 GD32 RISC-V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](../README.md) 中使用教程表格内的文档。 - 了解 RISC-V系列MCU的基本架构与特征 - 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。 ## 3. BSP移植 ### 3.1 GCC环境准备 RISC-V系列MCU使用的工具链是xPack GNU RISC-V Embedded GCC。 在配置交叉编译工具链之前，需要下载得到GCC工具链的安装包，然后解压即可，也可配置环境变量。 [GCC工具链下载地址](https://github.com/xpack-dev-tools/riscv-none-embed-gcc-xpack/releases/) ![GCC](./figures/gcc.png) 根据自己的主机选择相应的版本，下载完成解压即可。 ### 3.2 BSP工程制作 **1.构建基础工程** 首先看看RT-Thread代码仓库中已有很多BSP，而我要移植的是RISC-V内核。这里参考GD32 ARM工程。最终目录如下： ``` risc-v docs # 说明文档 gd32vf103v-eval # 具体BSP libraries # 库文件 gd32_drivers GD32VF103_Firmware_Library # GD官方固件库 tools OpenOCD # OpenOCD 下载调试工具 README.md ``` **2.修改BSP构建脚本** bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/SConstruct修改后的内容如下： ```python import os import sys import rtconfig if os.getenv('RTT_ROOT'): RTT_ROOT = os.getenv('RTT_ROOT') else: RTT_ROOT = os.path.normpath(os.getcwd() + '/../../../..') sys.path = sys.path + [os.path.join(RTT_ROOT, 'tools')] try: from building import * except: print('Cannot found RT-Thread root directory, please check RTT_ROOT') print(RTT_ROOT) exit(-1) TARGET = 'rtthread.' + rtconfig.TARGET_EXT DefaultEnvironment(tools=[]) env = Environment(tools = ['mingw'], AS = rtconfig.AS, ASFLAGS = rtconfig.AFLAGS, CC = rtconfig.CC, CCFLAGS = rtconfig.CFLAGS, AR = rtconfig.AR, ARFLAGS = '-rc', CXX = rtconfig.CXX, CXXFLAGS = rtconfig.CXXFLAGS, LINK = rtconfig.LINK, LINKFLAGS = rtconfig.LFLAGS) env.PrependENVPath('PATH', rtconfig.EXEC_PATH) env['ASCOM'] = env['ASPPCOM'] Export('RTT_ROOT') Export('rtconfig') SDK_ROOT = os.path.abspath('./') if os.path.exists(SDK_ROOT + '/libraries'): libraries_path_prefix = SDK_ROOT + '/libraries' else: libraries_path_prefix = os.path.dirname(SDK_ROOT) + '/libraries' SDK_LIB = libraries_path_prefix Export('SDK_LIB') # prepare building environment # objs = PrepareBuilding(env, RTT_ROOT, has_libcpu=False) objs = PrepareBuilding(env, RTT_ROOT) gd32_library = 'GD32VF103_Firmware_Library' rtconfig.BSP_LIBRARY_TYPE = gd32_library # include libraries objs.extend(SConscript(os.path.join(libraries_path_prefix, gd32_library, 'SConscript'))) # include drivers objs.extend(SConscript(os.path.join(libraries_path_prefix, 'gd32_drivers', 'SConscript'))) # make a building DoBuilding(TARGET, objs) ``` 该文件用于链接所有的依赖文件，并调用make进行编译。该文件主要修改固件库的路径。 bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/rtconfig.py修改后的内容如下： ```python import os # toolchains options ARCH='risc-v' CPU='bumblebee' CROSS_TOOL='gcc' # bsp lib config BSP_LIBRARY_TYPE = None if os.getenv('RTT_CC'): CROSS_TOOL = os.getenv('RTT_CC') if os.getenv('RTT_ROOT'): RTT_ROOT = os.getenv('RTT_ROOT') # cross_tool provides the cross compiler # EXEC_PATH is the compiler execute path, for example, CodeSourcery, Keil MDK, IAR if CROSS_TOOL == 'gcc': PLATFORM = 'gcc' EXEC_PATH = EXEC_PATH = r'D:/gcc/xpack-riscv-none-embed-gcc-10.2.0-1.2/bin' else: print('Please make sure your toolchains is GNU GCC!') exit(0) if os.getenv('RTT_EXEC_PATH'): EXEC_PATH = os.getenv('RTT_EXEC_PATH') CORE = 'risc-v' BUILD = 'debug' MAP_FILE = 'rtthread.map' LINK_FILE = '../libraries/GD32VF103_Firmware_Library/RISCV/env_Eclipse/GD32VF103xB.lds' if PLATFORM == 'gcc': # toolchains PREFIX = 'riscv-none-embed-' CC = PREFIX + 'gcc' AS = PREFIX + 'gcc' AR = PREFIX + 'ar' CXX = PREFIX + 'g++' LINK = PREFIX + 'gcc' TARGET_EXT = 'elf' SIZE = PREFIX + 'size' OBJDUMP = PREFIX + 'objdump' OBJCPY = PREFIX + 'objcopy' DEVICE = ' -march=rv32imac -mabi=ilp32 -DUSE_PLIC -DUSE_M_TIME -DNO_INIT -mcmodel=medany -msmall-data-limit=8 -L. -nostartfiles -lc ' CFLAGS = DEVICE CFLAGS += ' -save-temps=obj' AFLAGS = '-c'+ DEVICE + ' -x assembler-with-cpp' AFLAGS += ' -Iplatform -Ilibraries/RISCV/include -Ilibraries/RISCV/env_Eclipse' LFLAGS = DEVICE LFLAGS += ' -Wl,--gc-sections,-cref,-Map=' + MAP_FILE LFLAGS += ' -T ' + LINK_FILE LFLAGS += ' -Wl,-wrap=memset' CPATH = '' LPATH = '' if BUILD == 'debug': CFLAGS += ' -O0 -g3' AFLAGS += ' -g3' else: CFLAGS += ' -O2' CXXFLAGS = CFLAGS POST_ACTION = OBJCPY + ' -O binary $TARGET rtthread.bin\n' + SIZE + ' $TARGET \n' def dist_handle(BSP_ROOT, dist_dir): import sys cwd_path = os.getcwd() sys.path.append(os.path.join(os.path.dirname(BSP_ROOT), 'tools')) from sdk_dist import dist_do_building dist_do_building(BSP_ROOT, dist_dir) ``` 该文件编译参数，主要关注链接脚本和交叉编译工具链，工具链的地址需要根据实际的地址修改，gd32vf103v-eval开发板使用的芯片是GD32VF103VB，因此其链接脚本是GD32VF103xB.lds。 **3.修改board文件夹** (1) 修改bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/board/Kconfig文件 修改后内容如下： ``` menu "Hardware Drivers Config" config SOC_SERIES_GD32VF103V bool default y config SOC_GD32VF103V bool select SOC_SERIES_GD32VF103V 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_UART0_RX_USING_DMA bool "Enable UART0 RX DMA" depends on BSP_USING_UART0 select RT_SERIAL_USING_DMA default n config BSP_USING_UART1 bool "Enable UART1" default n config BSP_UART1_RX_USING_DMA bool "Enable UART1 RX DMA" depends on BSP_USING_UART1 select RT_SERIAL_USING_DMA default n config BSP_USING_UART2 bool "Enable UART2" default n config BSP_UART2_RX_USING_DMA bool "Enable UART2 RX DMA" depends on BSP_USING_UART2 select RT_SERIAL_USING_DMA default n config BSP_USING_UART3 bool "Enable UART3" default n config BSP_UART3_RX_USING_DMA bool "Enable UART3 RX DMA" depends on BSP_USING_UART3 select RT_SERIAL_USING_DMA default n config BSP_USING_UART4 bool "Enable UART4" default n config BSP_UART4_RX_USING_DMA bool "Enable UART4 RX DMA" depends on BSP_USING_UART4 select RT_SERIAL_USING_DMA default n endif menuconfig BSP_USING_SPI bool "Enable SPI BUS" default n select RT_USING_SPI if BSP_USING_SPI config BSP_USING_SPI1 bool "Enable SPI1 BUS" default n config BSP_SPI1_TX_USING_DMA bool "Enable SPI1 TX DMA" depends on BSP_USING_SPI1 default n config BSP_SPI1_RX_USING_DMA bool "Enable SPI1 RX DMA" depends on BSP_USING_SPI1 select BSP_SPI1_TX_USING_DMA default n endif menuconfig BSP_USING_I2C1 bool "Enable I2C1 BUS (software simulation)" default n select RT_USING_I2C select RT_USING_I2C_BITOPS select RT_USING_PIN if BSP_USING_I2C1 config BSP_I2C1_SCL_PIN int "i2c1 scl pin number" range 1 216 default 24 config BSP_I2C1_SDA_PIN int "I2C1 sda pin number" range 1 216 default 25 endif menuconfig BSP_USING_ADC bool "Enable ADC" default n select RT_USING_ADC if BSP_USING_ADC config BSP_USING_ADC0 bool "Enable ADC0" default n config BSP_USING_ADC1 bool "Enable ADC1" default n config BSP_USING_ADC2 bool "Enable ADC2" default n endif menuconfig BSP_USING_TIM bool "Enable timer" default n select RT_USING_HWTIMER if BSP_USING_TIM config BSP_USING_TIM10 bool "Enable TIM10" default n config BSP_USING_TIM11 bool "Enable TIM11" default n config BSP_USING_TIM12 bool "Enable TIM13" default n endif menuconfig BSP_USING_ONCHIP_RTC bool "Enable RTC" select RT_USING_RTC default n if BSP_USING_ONCHIP_RTC choice prompt "Select clock source" default BSP_RTC_USING_LSE config BSP_RTC_USING_LSE bool "RTC USING LSE" config BSP_RTC_USING_LSI bool "RTC USING LSI" endchoice endif config BSP_USING_WDT bool "Enable Watchdog Timer" select RT_USING_WDT default n source "../libraries/gd32_drivers/Kconfig" endmenu menu "Board extended module Drivers" endmenu endmenu ``` 这个文件就是配置板子驱动的，这里可根据实际需求添加。 (2) 修改bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/board/SConscript文件 修改后内容如下： ```python import os import rtconfig from building import * Import('SDK_LIB') cwd = GetCurrentDir() # add general drivers src = Split(''' board.c ''') path = [cwd] startup_path_prefix = SDK_LIB if rtconfig.PLATFORM in ['gcc']: src += [startup_path_prefix + '/GD32VF103_Firmware_Library/RISCV/env_Eclipse/start.S'] src += [startup_path_prefix + '/GD32VF103_Firmware_Library/RISCV/env_Eclipse/entry.S'] CPPDEFINES = ['GD32VF103V_EVAL'] group = DefineGroup('Drivers', src, depend = [''], CPPPATH = path, CPPDEFINES = CPPDEFINES) Return('group') ``` 该文件主要添加board文件夹的.c文件和头文件路径。另外根据开发环境选择相应的汇编文件，和前面的libraries的SConscript语法是一样，文件的结构都是类似的，这里就没有注释了。 到这里，基本所有的依赖脚本都配置完成了。 **4.固件库修改** (1) 修改bsp/gd32/risc-v/libraries/GD32VF103_Firmware_Library/RISCV/env_Eclipse/start.S GCC 环境下的启动是由 entry() 函数调用的启动函数 rt_thread_startup()，所以需要修改启动文的C语言入口。 ![start](./figures/start.png) (2) 修改bsp/gd32/risc-v/libraries/GD32VF103_Firmware_Library/RISCV/env_Eclipse/GD32VF103xB.lds GD32VF103xB.lds文件需要新增RT-Thread堆栈的位置，否则无法正常运转，新增代码如下： ``` /* section information for finsh shell */ . = ALIGN(4); __fsymtab_start = .; KEEP(*(FSymTab)) __fsymtab_end = .; . = ALIGN(4); __vsymtab_start = .; KEEP(*(VSymTab)) __vsymtab_end = .; . = ALIGN(4); /* section information for initial. */ . = ALIGN(4); __rt_init_start = .; KEEP(*(SORT(.rti_fn*))) __rt_init_end = .; . = ALIGN(4); /* section information for modules */ . = ALIGN(4); __rtmsymtab_start = .; KEEP(*(RTMSymTab)) __rtmsymtab_end = .; ``` ![GD32VF103xB](./figures/GD32VF103xB.png) **5.驱动修改** 一个基本的BSP中，串口是必不可少的，所以还需要编写串口驱动，这里使用的串口0作为调试串口。 板子上还有LED灯，主要编写GPIO驱动即可。 关于串口和LED的驱动可以查看源码，这里就不贴出来了。 **6.应用开发** 笔者在applications的main.c中添加LED的应用代码， ```c #include #include #include #include /* defined the LED1 pin: PC0 */ #define LED1_PIN GET_PIN(C, 0) int main(void) { int count = 1; /* set LED1 pin mode to output */ rt_pin_mode(LED1_PIN, PIN_MODE_OUTPUT); while (count++) { rt_pin_write(LED1_PIN, PIN_HIGH); rt_thread_mdelay(500); rt_pin_write(LED1_PIN, PIN_LOW); rt_thread_mdelay(500); } return RT_EOK; } ``` 当然，这需要GPIO驱动的支持。 **7.使用ENV编译工程** 在env中执行：scons ![scons ](./figures/scons.png) 编译成功打印信息如下： ![scons_success](./figures/scons_success.png) **8.使用VS Code开发GD32** 在env中执行：scons --target=vsc ![vsc](./figures/vsc.png) 这样就可方便使用VSCode开发GD32了，当然，这里只是生成了c_cpp_properties.json，要想使用VS Code下载代码还需要更多的配置，下一节讲解。 ### 3.3固件下载 前面使用ENV成功编译GD32VF103V-SEVAL的固件，那么接下来就是下载环节，下载方式很多，笔者这里讲解使用OpenOCD工具下载。 OpenOCD是用于对RISC-V进行下载仿真的软件工具，是一个开源软件包。当然啦，要想使用OpenOCD下载固件，需要GD-Link或者J-Link的支持。OpenOCD软件包已经放在bsp/gd32/risc-v/tools，只需要简单配置就可以，笔者这里使用VS Code开发。 **1.新建bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/.vscode/tasks.json** tasks.json的作用就是配置工程的编译、下载等工作。如果没有则需要创建tasks.json文件，内容如下： ```json { "version": "2.0.0", "tasks": [ { "label": "download", "type": "shell", "command": "../tools/OpenOCD/bin/openocd.exe", "args": [ "-f", "../tools/interface/openocd_gdlink_riscv.cfg", "-c", "program rtthread.elf exit" ] } ] } ``` 这个文件创建了一个任务，任务名为download，用于在线下载固件。 选择“终端->运行任务…” ![svc_run_task](./figures/svc_run_task.png) 选择task中配置的命令download。 ![svc_download](./figures/svc_download.png) 稍等片刻，即可下载成功。 ![svc_download_success](./figures/svc_download_success.png) 固件下载成后，接上串口0，打印信息如下： ![run](./figures/run.png) 同时LED会不断闪烁。 ## 4. 规范 本章节介绍 RT-Thread GD32 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 。 ### 4.1 BSP 制作规范 GD32 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 GD32 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。 #### 4.1.1 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/IAR 编译器直接编译或者重新生成后编译是否成功 - 使用 `dist` 命令对 BSP 进行发布，检查使用 `dist` 命令生成的工程是否可以正常使用 #### 4.1.2 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） ### 4.2 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[《GD32系列驱动介绍》](./GD32 RISC-V系列驱动介绍.md)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IAR 和 GCC 编译器支持。 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