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# GD32 RISC-V系列 BSP 制作教程
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## 1. BSP 框架介绍
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BSP 框架结构如下图所示：
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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。
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## 2. 知识准备
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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：
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- 掌握 GD32 RISC-V系列 BSP 的使用方法
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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。
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- 了解 RISC-V系列MCU的基本架构与特征
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- 了解 Scons 工程构建方法
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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。
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- 了解设备驱动框架
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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。
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- 了解 Kconfig 语法
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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。
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## 3. BSP移植
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### 3.1 GCC环境准备
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RISC-V系列MCU使用的工具链是xPack GNU RISC-V Embedded GCC。
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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。
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[GCC工具链下载地址](https://github.com/xpack-dev-tools/riscv-none-embed-gcc-xpack/releases/)
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根据自己的主机选择相应的版本，下载完成解压即可。
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### 3.2 BSP工程制作
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**1.构建基础工程**
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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：
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```
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risc-v
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docs # 说明文档
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gd32vf103v-eval # 具体BSP
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libraries # 库文件
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gd32_drivers
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GD32VF103_Firmware_Library # GD官方固件库
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tools
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OpenOCD # OpenOCD 下载调试工具
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README.md
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```
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**2.修改BSP构建脚本**
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bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/SConstruct修改后的内容如下：
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```python
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import os
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import sys
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import rtconfig
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||
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if os.getenv('RTT_ROOT'):
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RTT_ROOT = os.getenv('RTT_ROOT')
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else:
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RTT_ROOT = os.path.normpath(os.getcwd() + '/../../../..')
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sys.path = sys.path + [os.path.join(RTT_ROOT, 'tools')]
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try:
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from building import *
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except:
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print('Cannot found RT-Thread root directory, please check RTT_ROOT')
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print(RTT_ROOT)
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exit(-1)
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TARGET = 'rtthread.' + rtconfig.TARGET_EXT
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DefaultEnvironment(tools=[])
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env = Environment(tools = ['mingw'],
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AS = rtconfig.AS, ASFLAGS = rtconfig.AFLAGS,
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CC = rtconfig.CC, CCFLAGS = rtconfig.CFLAGS,
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AR = rtconfig.AR, ARFLAGS = '-rc',
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CXX = rtconfig.CXX, CXXFLAGS = rtconfig.CXXFLAGS,
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LINK = rtconfig.LINK, LINKFLAGS = rtconfig.LFLAGS)
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env.PrependENVPath('PATH', rtconfig.EXEC_PATH)
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env['ASCOM'] = env['ASPPCOM']
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Export('RTT_ROOT')
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Export('rtconfig')
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SDK_ROOT = os.path.abspath('./')
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if os.path.exists(SDK_ROOT + '/libraries'):
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libraries_path_prefix = SDK_ROOT + '/libraries'
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else:
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libraries_path_prefix = os.path.dirname(SDK_ROOT) + '/libraries'
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SDK_LIB = libraries_path_prefix
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Export('SDK_LIB')
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# prepare building environment
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# objs = PrepareBuilding(env, RTT_ROOT, has_libcpu=False)
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objs = PrepareBuilding(env, RTT_ROOT)
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gd32_library = 'GD32VF103_Firmware_Library'
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rtconfig.BSP_LIBRARY_TYPE = gd32_library
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# include libraries
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||
objs.extend(SConscript(os.path.join(libraries_path_prefix, gd32_library, 'SConscript')))
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||
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# include drivers
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||
objs.extend(SConscript(os.path.join(libraries_path_prefix, 'gd32_drivers', 'SConscript')))
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# make a building
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DoBuilding(TARGET, objs)
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```
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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。
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bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/rtconfig.py修改后的内容如下：
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```python
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import os
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||
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# toolchains options
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ARCH='risc-v'
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CPU='bumblebee'
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CROSS_TOOL='gcc'
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# bsp lib config
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||
BSP_LIBRARY_TYPE = None
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if os.getenv('RTT_CC'):
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CROSS_TOOL = os.getenv('RTT_CC')
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if os.getenv('RTT_ROOT'):
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RTT_ROOT = os.getenv('RTT_ROOT')
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# cross_tool provides the cross compiler
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# EXEC_PATH is the compiler execute path, for example, CodeSourcery, Keil MDK, IAR
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if CROSS_TOOL == 'gcc':
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PLATFORM = 'gcc'
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EXEC_PATH = EXEC_PATH = r'D:/gcc/xpack-riscv-none-embed-gcc-10.2.0-1.2/bin'
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else:
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print('Please make sure your toolchains is GNU GCC!')
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exit(0)
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#if os.getenv('RTT_EXEC_PATH'):
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# EXEC_PATH = os.getenv('RTT_EXEC_PATH')
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CORE = 'risc-v'
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BUILD = 'debug'
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MAP_FILE = 'rtthread.map'
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LINK_FILE = '../libraries/GD32VF103_Firmware_Library/RISCV/env_Eclipse/GD32VF103xB.lds'
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if PLATFORM == 'gcc':
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# toolchains
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PREFIX = 'riscv-none-embed-'
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CC = PREFIX + 'gcc'
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AS = PREFIX + 'gcc'
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AR = PREFIX + 'ar'
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CXX = PREFIX + 'g++'
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||
LINK = PREFIX + 'gcc'
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TARGET_EXT = 'elf'
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SIZE = PREFIX + 'size'
|
||
OBJDUMP = PREFIX + 'objdump'
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OBJCPY = PREFIX + 'objcopy'
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DEVICE = ' -march=rv32imac -mabi=ilp32 -DUSE_PLIC -DUSE_M_TIME -DNO_INIT -mcmodel=medany -msmall-data-limit=8 -L. -nostartfiles -lc '
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CFLAGS = DEVICE
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||
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'
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CPATH = ''
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LPATH = ''
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if BUILD == 'debug':
|
||
CFLAGS += ' -O0 -g3'
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||
AFLAGS += ' -g3'
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||
else:
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||
CFLAGS += ' -O2'
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CXXFLAGS = CFLAGS
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POST_ACTION = OBJCPY + ' -O binary $TARGET rtthread.bin\n' + SIZE + ' $TARGET \n'
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def dist_handle(BSP_ROOT, dist_dir):
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import sys
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cwd_path = os.getcwd()
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sys.path.append(os.path.join(os.path.dirname(BSP_ROOT), 'tools'))
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from sdk_dist import dist_do_building
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||
dist_do_building(BSP_ROOT, dist_dir)
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```
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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。
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**3.修改board文件夹**
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(1) 修改bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/board/Kconfig文件
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修改后内容如下：
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```
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||
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
|
||
```
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||
这个文件就是配置板子驱动的，这里可根据实际需求添加。
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||
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||
(2) 修改bsp/gd32/risc-v/gd32vf103v-eval/board/SConscript文件
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||
修改后内容如下：
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||
```python
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||
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']:
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||
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)
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||
|
||
|
||
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。
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||
|
||
到这里，基本所有的依赖脚本都配置完成了。
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||
|
||
**4.固件库修改**
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||
(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。
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||
|
||
(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 = .;
|
||
```
|
||
|
||
|
||
|
||
**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 <stdio.h>
|
||
#include <rtthread.h>
|
||
#include <rtdevice.h>
|
||
#include <board.h>
|
||
|
||
/* 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
|
||
|
||
|
||
|
||
编译成功打印信息如下：
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||
|
||
|
||
|
||
**8.使用VS Code开发GD32**
|
||
在env中执行：scons --target=vsc
|
||
|
||
|
||
|
||
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"
|
||
]
|
||
}
|
||
]
|
||
}
|
||
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这个文件创建了一个任务，任务名为download，用于在线下载固件。
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选择“终端->运行任务…”
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选择task中配置的命令download。
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稍等片刻，即可下载成功。
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固件下载成后，接上串口0，打印信息如下：
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同时LED会不断闪烁。
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## 4. 规范
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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 。
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### 4.1 BSP 制作规范
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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。
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下面将详细介绍 BSP 的制作规范。
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#### 4.1.1 工程配置
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- 遵从RT-Thread 编码规范，代码注释风格统一
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- main 函数功能保持一致
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- 如果有 LED 的话，main 函数里**只放一个** LED 1HZ 闪烁的程序
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- 在 `rt_hw_board_init` 中需要完成堆的初始化：调用 `rt_system_heap_init`
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- 默认只初始化 GPIO 驱动和 FinSH 对应的串口驱动，不使用 DMA
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- 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
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- 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
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- 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
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#### 4.1.2 ENV 配置
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- 系统心跳统一设置为 1000（宏：RT_TICK_PER_SECOND）
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- BSP 中需要打开调试选项中的断言（宏：RT_DEBUG）
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- 系统空闲线程栈大小统一设置为 256（宏：IDLE_THREAD_STACK_SIZE）
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- 开启组件自动初始化（宏：RT_USING_COMPONENTS_INIT）
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- 需要开启 user main 选项（宏：RT_USING_USER_MAIN）
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- 默认关闭 libc（宏：RT_USING_LIBC）
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- FinSH 默认只使用 MSH 模式（宏：FINSH_USING_MSH_ONLY）
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### 4.2 BSP 提交规范
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- 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。
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- 提交 BSP 分为 2 个阶段提交：
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- 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。
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- 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。
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- 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。
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- 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
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- 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 |