国产MCU系列在 HK32F030 上移植 RT-Thread Nano

Posted 2021-08-01 RT-Thread物联网操作系统

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这是一个航顺 HK32F030 的 RT-Thread Nano 移植示例，记录了在 Keil 裸机工程的基础上进行 RT-Thread Nano 移植的全过程。在按文档中心的指导进行移植的过程中基本没有遇到问题，只是由于 HK32F030 的RAM 较小，无法启用 FinSH。移植工程已经分享在Gitee RT-Thread-Nano-HK32F030。

开源地址：https://gitee.com/CraztTnspt/rt-thread-nano-hk32-f030

（请复制至外部浏览器打开）

硬件信息：

MCU: 航顺 HK32F030MF4P6 , RAM: 2KB, ROM:16KB

开发板：hk32f030 - 立创EDA  （https://lceda.cn/whj4674672/hk32f030）由 @whj467467222 设计

参考文档

RT-Thread Nano 简介与下载（https://docs.rt-thread.org/#/rt-thread-version/rt-thread-nano/an0038-nano-introduction）

0.准备移植

在移植 RT-Thread Nano 之前，需要准备一个能正常运行的裸机工程。航顺的库文件包 HK32F030Mxx_Library_V1.1.4.7z 中提供了 HK32F030 的标准库、启动文件等，还有一个裸机工程模板，整理后得到这里移植使用的裸机工程。工程目录如下：

编译后烧录，看到LED闪烁，裸机程序正常运行。实测可以使用Jlink 或 CMSIS-DAP 烧录调试，而使用 ST-Link 无法识别到 HK32F030。

之后就可以开始 RT-Thread Nano 的移植了。

1.Nano Pack 安装

Nano Pack 可以在 Keil MDK IDE 内进行安装，也可以手动安装。这里选择手动安装Pack，从官网下载安装文件：RT-Thread Nano 离线安装包，下载结束后双击文件进行安装。

然后将 RT-Thread Nano 添加到工程中。如下图，点击 Manage Run-Time Environment

在 Manage Rum-Time Environment 内打开 RTOS 栏，勾选 kernal，点击 OK 后就将 RT-Thread 内核加入到工程中了。

现在能在 Keil 的 Project 栏看到 RTOS，展开后可以看到 RT-Thread Nano 的文件已经加入了工程。

2.适配 RT-Thread Nano

中断与异常处理

RT-Thread 会接管异常处理函数 HardFault_Handler() 和悬挂处理函数 PendSV_Handler()，这两个函数已由 RT-Thread 实现，所以需要删除工程里中断服务例程文件 Drivers/hk32f030m_it.c 中的这两个函数，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

系统时钟配置

现在需要在 RTOS/board.c 中实现 系统时钟配置（为 MCU、外设提供工作时钟）与 os tick 的配置 （为操作系统提供心跳 / 节拍）。

 1void rt_hw_board_init()
 2{
 3    /* System Clock Update */
 4    SystemCoreClockUpdate();
 5
 6    /* System Tick Configuration */
 7    _SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);
 8
 9    /* Call components board initial (use INIT_BOARD_EXPORT()) */
10#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
11    rt_components_board_init();
12#endif
13
14#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
15    rt_system_heap_init(rt_heap_begin_get(), rt_heap_end_get());
16#endif
17}

上面的代码中，SystemCoreClockUpdate() 对系统时钟进行更新，_SysTick_Config() 配置了 OS Tick。此处 OS Tick 使用滴答定时器 systick 实现，需要在 board.c 中实现 SysTick_Handler() 中断服务例程，调用 RT-Thread 提供的 rt_tick_increase() ，如下：

 1void SysTick_Handler(void)
 2{
 3    /* enter interrupt */
 4    rt_interrupt_enter();
 5
 6    rt_tick_increase();
 7
 8    /* leave interrupt */
 9    rt_interrupt_leave();
10}

由于 SysTick_Handler() 中断服务例程由用户在 board.c 中重新实现，作为系统 OS Tick，所以还需要删除工程里中原本已经实现的 SysTick_Handler() ，避免在编译时产生重复定义。如果此时对工程进行编译，没有出现函数重复定义的错误，则不用做修改。

内存堆初始化

系统内存堆的初始化在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中完成，内存堆功能是否使用取决于宏 RT_USING_HEAP 是否开启，RT-Thread Nano 默认不开启内存堆功能，这样可以保持一个较小的体积，不用为内存堆开辟空间。开启系统 heap 将可以使用动态内存功能，如使用 rt_malloc、rt_free 以及各种系统动态创建对象的 API。若需要使用系统内存堆功能，则打开 RT_USING_HEAP 宏定义即可，此时内存堆初始化函数 rt_system_heap_init() 将被调用。

3.编写第一个应用

移植好 RT-Thread Nano 之后，则可以开始编写第一个应用代码验证移植结果。此时 main() 函数就转变成 RT-Thread 操作系统的一个线程，现在可以在 main() 函数中实现第一个应用：板载 LED 指示灯闪烁。

1. 首先在文件首部增加 RT-Thread 的相关头文件 <rtthread.h> 。

2. 在 main() 函数中（也就是在 main 线程中）实现 LED 闪烁代码：初始化 LED 引脚、在循环中点亮 / 熄灭 LED。

3. 将延时函数替换为 RT-Thread 提供的延时函数 rt_thread_mdelay()。该函数会发起系统调度，切换到其他线程运行，体现了线程的实时性。

此时可以看到 LED 闪烁，虽然现象与裸机程序一致，但 RT-Thread 已经在 HK32F030 上成功运行。

使用 RTOS 造成固件变大后，通过CMSIS-DAP 烧录程序可能出现失败现象：

将 CMSIS-DAP 的 SW 调试速度调低为 500kHz 后烧录成功：

4.移植控制台 FinSH

由于 RAM 的大小有限，这里 FinSH 的移植未能完成

在 Nano 上添加 UART 控制台

在 RT-Thread Nano 上添加 UART 控制台打印功能后，就可以在代码中使用 RT-Thread 提供的打印函数 rt_kprintf() 进行信息打印，从而获取自定义的打印信息，方便定位代码 bug 或者获取系统当前运行状态等。实现控制台打印（需要确认 rtconfig.h 中已使能 RT_USING_CONSOLE 宏定义），需要完成基本的硬件初始化，以及对接一个系统输出字符的函数，本小节将详细说明。

实现串口初始化

使用串口对接控制台的打印，首先需要初始化串口，如引脚、波特率等。 uart_init() 需要在 board.c 中的 rt_hw_board_init() 函数中调用。

1static int uart_init(void);

示例代码：如下是基于 HK32 库的 HK32F030 串口初始化程序，参考航顺例程编写。实现了串口的发送并配置了串口中断接收。

 1#define  USART1_TX_PORT         GPIOA
 2#define  USART1_TX_PIN          GPIO_Pin_3
 3#define  USART1_TX_IO_CLK_EN()  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOA, ENABLE)
 4
 5#define  USART1_RX_PORT         GPIOD
 6#define  USART1_RX_PIN          GPIO_Pin_6
 7#define  USART1_RX_IO_CLK_EN()  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOD, ENABLE)
 8
 9static void USART_GPIO_Configurature(void);
10static void USART_NVIC_Configurature(void);
11static int uart_init(void);
12
13static int uart_init(void)
14{
15       USART_InitTypeDef m_usart;
16
17    USART_GPIO_Configurature();
18
19    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
20    m_usart.USART_BaudRate = 115200;
21    m_usart.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
22    m_usart.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
23    m_usart.USART_Parity = USART_Parity_No;
24    m_usart.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
25    m_usart.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
26    USART_Init(USART1, &m_usart);
27    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
28
29    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
30
31    USART_NVIC_Configurature();
32
33    return 0;
34}
35//INIT_BOARD_EXPORT(uart_init);
36
37static void USART_GPIO_Configurature(void)
38{
39    GPIO_InitTypeDef m_gpio;
40
41    USART1_TX_IO_CLK_EN();
42    USART1_RX_IO_CLK_EN();
43
44    m_gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
45    m_gpio.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
46    m_gpio.GPIO_Pin = USART1_TX_PIN;
47    m_gpio.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
48    m_gpio.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;
49    GPIO_Init(USART1_TX_PORT, &m_gpio);
50    GPIO_PinAFConfig(USART1_TX_PORT,GPIO_PinSource3,GPIO_AF_1);
51
52    m_gpio.GPIO_Pin = USART1_RX_PIN;
53    GPIO_Init(USART1_RX_PORT, &m_gpio);
54    GPIO_PinAFConfig(USART1_RX_PORT,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_1);
55}
56static void USART_NVIC_Configurature(void)
57{
58    NVIC_SetPriority(USART1_IRQn,0);
59    NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
60}

实现 rt_hw_console_output

实现 finsh 组件输出一个字符，即实现 uart 输出一个字符：

注：注意：RT-Thread 系统中已有的打印均以  \\n  结尾，而并非  \\r\\n ，所以在字符输出时，需要在输出  \\n  之前输出  \\r ，完成回车与换行，否则系统打印出来的信息将只有换行。

示例代码：如下是基于HK32 库实现的串口驱动对接 rt_hw_console_output()

 1void USART1_SendByte(uint8_t ch)
 2{
 3    while((USART1->ISR & USART_ISR_TXE) == 0);
 4    USART1->TDR = ch;
 5}
 6void rt_hw_console_output(const char *str)
 7{
 8    rt_size_t i = 0, size = 0;
 9    char a = '\\r';
10
11    size = rt_strlen(str);
12    for (i = 0; i < size; i++)
13    {
14        if (*(str + i) == '\\n')
15        {
16            USART1_SendByte((uint8_t)a);
17        }
18        USART1_SendByte(*(str + i));
19    }
20}

将对应代码加入 board.c ，编译并烧录后，可以看到终端（或串口助手中输出的rtt logo）：

至此就可以使用 rt_kprintf() 打印调试信息了。

在 Nano 上添加 FinSH 组件

RT-Thread FinSH 是 RT-Thread 的命令行组件（shell），提供一套供用户在命令行调用的操作接口，主要用于调试或查看系统信息。它可以使用串口 / 以太网 / USB 等与 PC 机进行通信。这里使用串口方式，在 Nano 上实现 FinSH 功能。

Keil 添加 FinSH 源码

打开 Manage Run-Environment：

勾选 shell 然后点击OK，将 FinSH 组件的源码到工程。

这时看到 RTOS Group 中加入了以下 FinSH 文件：

实现 rt_hw_console_getchar()

要实现 FinSH 组件功能（既可以打印也能输入命令进行调试），需要在 board.c 中对接控制台输入函数，实现字符输入：

• rt_hw_console_getchar()：控制台获取一个字符，即在该函数中实现 uart 获取字符，可以使用查询方式获取（注意不要死等，在未获取到字符时，需要让出 CPU），也可以使用中断方式获取。

示例代码：（未实现）

1char rt_hw_console_getchar(void)
2{
3    int ch = -1;
4    // 接收一个字符
5    ...
6    return ch;
7}

加入 FinSH 后 RAM 空间不足

这时编译会出现报错：

看编译输出应该是存储空间不足，超出RAM大小154 Bytes，尝试将编译器优化等级调高至 Level2 ，但仍会报错。

然后尝试在 rtconfig.h 中调小 RT_CONSOLEBUF_SIZE 与 FINSH_THREAD_STACK_SIZE ，编译成功。可以看此时的内存占用：Program Size: Code=9458 RO-data=922 RW-data=144 ZI-data=1832 ，ROM占用为 Code+RO+RW=10524 Byte，RAM 占用为 RW+ZI=1976 Byte，RAM即将耗尽。同时因为调小了线程运行栈，程序运行时会产生 hard fault，因此不再考虑将 finsh 移植至nano上。

为了正常使用，应当关闭 FinSH 组件，在RTE_Components.h中注释 RTE_USING_FINSH，此时程序大小为：Program Size: Code=5756 RO-data=572 RW-data=120 ZI-data=1264 ，ROM占用为 Code+RO+RW=6448 Byte，RAM 占用为 RW+ZI=1384 Byte，剩余空间较为充裕。也可以通过在 Manage Run-Environment 中关闭 shell，移除 FinSH 组件。

至此，在 HK32F030MF4P6 上的 RT-Thread Nano 移植工作就完成了。

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