RT-Thread-零基础上手rt-smart适配bspRT-Thread问答社区

零基础上手rt-smart适配bsp

发布于 2023-05-13 19:46:52 浏览：1637 订阅该版

[tocm]

RT-Thread Smart（简称rt-smart）是基于RT-Thread操作系统衍生，面向带MMU（Memory Management Unit），中高端应用的芯片，例如ARM Cortex-A，MIPS，带MMU的RISC-V芯片等。rt-smart在RT-Thread操作系统的基础上启用独立、完整的进程方式，同时以混合微内核模式执行。

![rt-smart.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230513/779e7b1472dfae3bb4ec81eca12f91d7.png.webp)

自 V5.0.0 起，rt-smart 分支已合并至 rt-thread master 分支上，可以在 bsp 下通过 menuconfig 启用`Enable RT-Thread Smart (microkernel on kernel/userland)`选项即可使用 rt-smart。

目前有 allwinner 下 d1/d1s ， bouffalo_lab 下的 bl808/d0 ，raspi4-64，qemu-virt64-aarch64，qemu-virt64-riscv 等多个bsp已经支持 rt-smart。

本文通过介绍 RISC-V64 架构的 BL808，介绍适配 rt-smart 与 rt-thread 区别点，从零开始适配一个支持 rt-smart 的 bsp。

BL808是RISC-V三核异构架构，分别为m0(E907/RV32IMA)、lp(E902/RV32E[M]C)、d0，(C906/RV64IMA[FD]C[V])都采用的是平头哥的玄铁RISC-V核，

RISC-V有3种工作状态，分别为机器模式machine mode（M态）、监督模式supervisor mode（S态）、用户模式user mode（U态）。
RISC-V架构定义机器模式为必选模式，另外两种模式为可选模式，通过不同的模式组合可以实现不同的系统，C906同时支持M/S/U态。

rt-smart工作在S态，需要MMU支持。C906 虚拟内存管理 MMU兼容 RISC-V Sv39 虚拟内存系统。rt-smart和工作在M态的RT-Thread 标准版有较多不同。

# 启动
在适配RT-Thread标准版本，芯片工作在M态（芯片启动默认状态），启动文件一般采用原厂SDK提供的启动文件完成硬件初始化（操作M态下的寄存器）、bss初始化等软件初始化工作，跳转到entry()函数即可开始rt-thread流程，剩下的工作在rt_hw_board_init()函数中完成。

bl808-d0核运行在S态，芯片启动默认工作在M态，芯片需要通过一些流程，将opensbi、kernel等相关代码从flash上copy到ram上，并通过opensbi芯片切换到S态。opensbi完成一些了配置后跳转到rt-smart（kernel）。

rt-smart此时工作在S态，不能操作任何M态下的寄存器，只能操作S态下的寄存器，否则会发生异常。
C906启动文件startup_gcc.S在libcpu/risc-v/t-head/c906目录下，在bsp下需要完成init_bss()、primary_cpu_entry()两个函数，这两个函数作用为清除bss区、禁止全局中断，调用entry()进入rt-smart主流程。

此外 startup_gcc.S 会调用 `__stack_start__` 变量和 `__STACKSIZE__` 宏，赋值给 sp ， `__STACKSIZE__` 宏在 Kconfig 配置，内置脚本会自动生成 link_stacksize.lds 文件，并在 link.ld 文件中被调用，`__stack_start__` 在 link.ld 中自动生成。
进入entry后，rt-thread初始化流程基本一致，内核已经通过RT_USING_SMART宏作了处理，在Kconfig开启该宏即可。

# ld文件
RT-Thread标准版适配的时候，一般也采用原厂SDK中提供的ld文件，做一些适当的修改后即可使用。
bl808-d0核运行在S态下，启动文件和ld文件都不能使用原厂SDK中的文件。RISC-V可参考 qemu-virt64-riscv 、 allwinner 下 d1/d1s 等bsp，复制对应的 link.ld 文件，并根据自己的芯片、开发板内存修改 Memory layout。
```
MEMORY
{
   SRAM : ORIGIN = 0x50100000, LENGTH = 63M
}
SECTIONS
{
    . = 0x50100000 ;
}
```
该地址为rt-smart程序开始地址，与bootload、opensbi等跳转地址一致。

# 中断
bl808-d0核工作在S态，中断相关操作与M态不一样，同样不能使用原厂SDK中的相关接口，rt-thread提供相关S态下中断管理的一系列函数。包括：
```
rt_hw_interrupt_init()
rt_hw_interrupt_install()
rt_hw_interrupt_mask()
rt_hw_interrupt_umask()
```
操作S态下的外设中断时需使用这一套接口，相关函数实现在`libcpu/risc-v/t-head/c906/interrupt.c`文件下。

# Kconfig 配置
- bl808-d0核运行在S态，必须开启ARCH_RISCV64、ARCH_MM_MMU、RT_USING_CACHE这三个宏，否则会编译不过。
bl808相关配置在bsp/bouffalo_lab/bl808/d0/board/Kconfig下。
```
config BSP_USING_BL808
    bool 
    select ARCH_RISCV64
    select RT_USING_COMPONENTS_INIT
    select RT_USING_USER_MAIN
    select RT_USING_CACHE
    select ARCH_MM_MMU
    select BL808_CORE_D0
    default y
```

- 同时在上文启动相关流程中讲到需要配置栈空间大小

```
config __STACKSIZE__
    int "stack size for interrupt"
    default 4096
```
相关配置在`bsp/bouffalo_lab/bl808/d0/Kconfig`下。

- 芯片相关PLIC地址、IRQ数量、STimer频率配置
C906相关中断管理、STimer管理都已经在`libcpu/risc-v/t-head/c906`下实现，需要对相关地址、数量通过宏配置。相关配置在`bsp/bouffalo_lab/bl808/d0/board/Kconfig`下

```
config C906_PLIC_PHY_ADDR
    hex
    default 0xe0000000

config IRQ_MAX_NR
    int 
    default 64

config TIMER_CLK_FREQ
    int
    default 1000000
```

完成以上配置， bl808-d0 核可以正常工作在S态下，可以使用 RT-Thread 标准版，需要使用 rt-smart 版还需要完成一些 rt-smart 对应的 mmu 初始化、页表建立等工作。

# SMART初始化
- bl808-d0核可以正常工作在S态下，可以通过在Kconfig中选中 `RT-Thread Kernel` -> `Enable RT-Thread Smart (microkernel on kernel/userland)` 即可是能rt-smart。
使能 rt-smart 后，在Kconfig根选项中，会显示 `The virtural address of kernel start` 选项，该地址为内核虚拟地址起始地点，bl808-d0核配置为`0x50000000`。

- heap和页表地址配置
在board.h中根据实际芯片或开发板当前RAM情况做配置

```
extern unsigned int __bss_start;
extern unsigned int __bss_end;

#ifndef RT_USING_SMART
#define KERNEL_VADDR_START 0x0
#endif

#define RT_HW_HEAP_BEGIN ((void *)&__bss_end)
#define RT_HW_HEAP_END   ((void *)(RT_HW_HEAP_BEGIN + 16 * 1024 * 1024))
#define RT_HW_PAGE_START RT_HW_HEAP_END
#define RT_HW_PAGE_END   ((void *)(KERNEL_VADDR_START + 64 * 1024 * 1024))
```
bl808芯片内封了64M高速psarm，将64M内存做了适当划分，分给heap和page。
并在board.c中做了相关page映射：
```
rt_region_t init_page_region = {(rt_size_t)RT_HW_PAGE_START, (rt_size_t)RT_HW_PAGE_END};
```

- mmu页表相关地址配置

```
struct mem_desc platform_mem_desc[] = {
    {KERNEL_VADDR_START, (rt_size_t)RT_HW_PAGE_END - 1, (rt_size_t)ARCH_MAP_FAILED, NORMAL_MEM},
    {0x1000, ((KERNEL_VADDR_START - 1) & 0xfffff000) - 1, (rt_size_t)ARCH_MAP_FAILED, DEVICE_MEM},
};

#define NUM_MEM_DESC (sizeof(platform_mem_desc) / sizeof(platform_mem_desc[0]))
```

其中DEVICE_MEM项将0x1000~0x4FFF1000做了1:1映射，这样操作 bl808 外设的时候，在 0x50000000 之前的寄存器就不需要在做 ioremap 了。否则会出现如下异常

```
Unhandled Exception 7:Store/AMO Access Fault
scause:0x0000000000000007,stval:0x0000000010201000,sepc:0x00000000500248b4
--------------Dump Registers-----------------
Function Registers:
        ra(x1) = 0x0000000050024cca     user_sp = 0x000000005003f840
        gp(x3) = 0x000000005003c0a0     tp(x4) = 0x0000000000000000
Temporary Registers:
        t0(x5) = 0x0000000000004000     t1(x6) = 0x0000000000000000
        t2(x7) = 0x0000000000000001
        t3(x28) = 0x0000000000000000    t4(x29) = 0x0000000000000000
        t5(x30) = 0x0000000000000000    t6(x31) = 0x0000000000000000
Saved Registers:
        s0/fp(x8) = 0x000000005003f860  s1(x9) = 0x0000000000000000
        s2(x18) = 0x0000000000000000    s3(x19) = 0x0000000000000000
        s4(x20) = 0x0000000000000000    s5(x21) = 0x0000000000000000
        s6(x22) = 0x0000000000000000    s7(x23) = 0x0000000000000000
        s8(x24) = 0x0000000000000000    s9(x25) = 0x0000000000000000
        s10(x26) = 0x0000000000000000   s11(x27) = 0x0000000000000000
Function Arguments Registers:
        a0(x10) = 0x0000000000000000    a1(x11) = 0x0000000010201000
        a2(x12) = 0x0000000000000004    a3(x13) = 0x0000000000000080
        a4(x14) = 0x0000000000000000    a5(x15) = 0x0000000010201000
        a6(x16) = 0xfefefefefefefeff    a7(x17) = 0x0000000000000007
sstatus = 0x0000000200040100
        Supervisor Interrupt Disabled
        Last Time Supervisor Interrupt Disabled
        Last Privilege is Supervisor Mode
        Permit to Access User Page
        Not Permit to Read Executable-only Page
satp = 0x800000000005006f
        Current Page Table(Physical) = 0x000000005006f000
        Current ASID = 0x0000000000000000
        Mode = Page-based 39-bit Virtual Addressing Mode
-----------------Dump OK---------------------
--------------Thread list--------------
current thread: (NULL)
--------------Backtrace--------------
riscv64-unknown-linux-musl-addr2line -e rtthread.elf -a -f 00000000500248b0
```

- 在rt_hw_board_init()函数中，进入函数后，添加

```
#ifdef RT_USING_SMART
    /* init data structure */
    rt_hw_mmu_map_init(&rt_kernel_space, (void *)(IOREMAP_VEND - IOREMAP_SIZE), IOREMAP_SIZE, (rt_size_t *)MMUTable, PV_OFFSET);

/* init page allocator */
    rt_page_init(init_page_region);

/* setup region, and enable MMU */
    rt_hw_mmu_setup(&rt_kernel_space, platform_mem_desc, NUM_MEM_DESC);
#endif
```

对mmu做地址映射，建立页表等初始化工作，并在最后启动 mmu。
然后与RT-Thread标准版流程一致，完成heap、interrupt、uart等硬件初始化后，就可以正常启动rt-smart了。

# bl808 rt-thread bsp
当前 bl80 8的 bsp 已实现三核同时启动，位于 bsp/bouffalo_lab/bl808，三核分别采用了不同的 RT-Thread 版本。

| 名称 | CPU核 | RT-Thread版本    |
| ---- | ----- | ---------------- |
| M0   | E907(RV32IMA)  | RT-Thread 标准版 |
| LP   | E902(RV32E[M]C)  | RT-Thread Nano   |
| D0   | C906(RV64IMA[FD]C[V])  | RT-SMART |
bl808-bsp简单使用说明可参考[https://club.rt-thread.org/ask/article/80a1c03cbccc6ca7.html](https://club.rt-thread.org/ask/article/80a1c03cbccc6ca7.html)