Запуск FreeRTOS на MIK32

Материал из MIK32 микроконтроллер

Введение

Большинство современных приложений на микроконтроллерах с 32-битной архитектурой требуют применения операционных систем реального времени (ОСРВ). Таких систем существует довольно много - ombOC, microC/OC-II, ThreadX, chibiOS, openRTOS и многие другие, но, наиболее получивших распространение стала система - FreeRTOS.

FreeRTOS - это бесплатное ответвление проекта openRTOS. Дополнительную прелесть этой системе придает легкая интеграция TCP/IP стека lwIP, так же проект с открытым исходным кодом.

В данной статье будет рассмотрено портирование этого проекта под платформу MIK32. Здесь не будет обучения работе с этой ОСРВ, однако таких материалов в интернете довольно много, поэтому здесь будет информация только про то, что нужно изменить в порте под RISC-V из стандартной поставки с сайта freertos.org.

Первые шаги

Загрузка файлов проекта

Есть два пути, по которым можно двигаться, один из них скорее более длительный и трудоемкий - взять за основу один из официальных портов RISC_V с сайта freertos.org и модернизировать его.

Freertos 1.png

Или же взять за основу порт от компании syntacore, который будет по максимуму приближен к нашему микроконтроллеры, так как он основан на ядре SCR1 разработки этой компании. И этим путем мы и пойдем. Исходный порт находится в SDK по ссылке https://syntacore.com/page/products/sw-tools , имя файла 202212-sp1-sc-dt-win.zip.

Freertos 1a.png

И мы пойдем именно этим путем!

Краткое пояснение - что-где

В первую очередь найдем место, где находятся файлы самого движка ОСРВ, после чего нам нужно будет добавить эти файлы в свой проект-шаблон. В архиве SDK искомые файлы находятся здесь:

Freertos 2a.png

В подпапке include - все необходимые хидеры.

Папка portable находятся файлы, которые портируют систему на разные архитектуры. Здесь нас будет интересовать именно подпапка \GCC\RISC-V

Freertos 3.png

Рабочая среда Eclipse

Будем работать в среде Eclipse. Скачать уже сконфигурированную оболочку можно в разделе Быстрый старт в Eclipse IDE. После установки среды в рабочей папке можно найти проект-шаблон:

Freertos 8.png


Копируем содержимое этой директории во вновь созданную папку для нашего будущего проекта!

Далее, уже в Eclipse мы втягиваем проект в рабочий worspace, в меню выбираем "File->Import"

Freertos 5.png

и выбираем место, где мы ранее сохранили шаблон-проект

Freertos 10.png

остается нажать кнопку Finish. После этого проект должен вполне успешно собираться (Ctrl+B) и работать в микроконтроллере . Можно проверить это при желании.

Копирование файлов ОСРВ в проект

На данном этапе существует вариативность действий, но предлагается оставить структуру наиболее близкой к той, которая наблюдается в репозитории syntacore/freertos. Создадим папку FreeRTOS в директории src. Сначала копируем папку с хидерами и Си-файлы движка опtрационной системы в созданную src\FreeRTOS.

Freertos 11.png

В этом месте создадим папку portable и скопируем в нее только необходимое, это файлы репозитория которые находятся в \portable\GCC\RISC-V\, далее нужно скопировать папку portable\Common (работа с MPU при наличии такового), а так же MemMang (модели памяти). На данном этапе проект должен выглядеть следующим образом:

Freertos 12.png

Далее, так как мы должны выбрать только одну модель памяти из 5 вариантов, то удалим все файлы кроме heap_1.c - это самая базовая опция, без возможности очистки и удаления, более подробно про модели памяти можно узнать на сайте freertos.org.

Freertos 13.png

На этом структура проекта в части основных исходных кодов FreerRTOS сформирована.

Файл ctr0.s

Следует найти этот системный файл в проекте и убедиться, что он не является файлом из внешнего репозитория (по умолчанию так). Поэтому следует этот важный файл содержать локально. Иначе все правки, которые мы внесем в этот файл отразятся на остальных проектах, которые этот файл используют.

Как было в случае копирования шаблона:

Freertos 14.png

Поменял путь к папке, чтобы она адресовала именно в директорию с проектом:

Freertos 15.png

После чего открываем этот файл и редактируем его. Около 90 строки находим код:

.org 0xC0
trap_entry:
    j raw_trap_handler

И меняем его на 

//.org 0xC0
trap_entry:
    //j raw_trap_handler
    j freertos_risc_v_trap_handler

Конфигурирование порта

Далее, нужно добавить несколько пользовательских конфигурационных файлов в корневую директорию \src. Для этого нужно скопировать туда FreeRTOSConfig.h и scr_sys.c, найдя их в репозитории \202212-sp1-sc-dt-win.zip/\sc-dt_2022.12-sp1\workspace\freertos\Demo\RISC-V_Syntacore_SCRx_GCC\. Первый отвечает за конфигурацию опций операционной системы, второй - за её связь с аппаратной частью ядра процессора (настройка системного таймера ядра и его периодическое прерывание).

В файле FreeRTOSConfig.h следует отключить часть модулей, чтобы объем прошивки позволил поместиться в 8кБ.

  • Отключаем программные таймеры
#define configUSE_TIMERS 0 
....
#define INCLUDE_xTimerPendFunctionCall 0
  • Комментируем подключение файла arch.h
//#include "arch.h"
  • Меняем системную частоту на 32МГц
#define configCPU_CLOCK_HZ ( 32000000 )
  • Устанавливаем размер памяти для ОСРВ в 3 кБ
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ( ( size_t ) 3*1024 )

На этом редактирование этого файла закончена. Следующий файл на редактирование - scr_sys.c. Комментируем эту строку, так как у нас иначе прописан системный таймер:

//#include "drivers/rtc.h"

И добавляем эти:

#include <scr1_csr_encoding.h>
#include "riscv_csr_encoding.h"
#include "scr1_timer.h"
#include <mcu32_memory_map.h>

Удаляем или комментируем эти строки:

//static const unsigned long rtc_ticks_per_timer_shot = PLF_HZ / configTICK_RATE_HZ;
//static sys_tick_t next_rtc_timer_shot = 0;

Далее следует изменить инициализацию системного таймера на ядре и его обработчик на следующие (старое закомментировано):

void vPortSetupTimerInterrupt( void )
{
//#if 0
//    rtc_setcmp_offset(rtc_us2ticks(1000000 / configTICK_RATE_HZ));
//#else
//    sys_tick_t t = rtc_now() + rtc_ticks_per_timer_shot;
//    rtc_setcmp(t);
//    next_rtc_timer_shot = t + rtc_ticks_per_timer_shot;
//#endif
//    /* enable timer interrupts */
//    rtc_interrupt_enable();
	SCR1_TIMER->TIMER_DIV = 320-1;//32000-1;//1kHz
	*(unsigned long long *) &SCR1_TIMER->MTIMECMP = 10;
	*(unsigned long long *) &SCR1_TIMER->MTIME = 0;

	SCR1_TIMER->TIMER_CTRL |= SCR1_TIMER_ENABLE_M;

	set_csr(mie, MIE_MTIE);
}

Здесь загружаются инициализационные значения в таймер, и настраивается делитель таким образом, чтобы у нас происходило срабатывание 1000 раз в секунду. И обработчик:

void ext_trap_handler(void);

void scr_systick_handler(void)
{
//#if 0
//    rtc_setcmp_offset(rtc_us2ticks(1000000 / configTICK_RATE_HZ));
//#else
//    sys_tick_t t = next_rtc_timer_shot;
//    rtc_setcmp(t);
//    next_rtc_timer_shot = t + rtc_ticks_per_timer_shot;
//#endif

	unsigned long mcause = read_csr(mcause);
	if ( (mcause & 0xF) == 7 && (mcause & (1<<31)) )
	{
		*(unsigned long long *) &SCR1_TIMER->MTIMECMP = *(unsigned long long *) &SCR1_TIMER->MTIME + 100;

		if (xTaskIncrementTick() != pdFALSE)
			vTaskSwitchContext();
	}
	else
	{
		ext_trap_handler();
	}
}

Здесь мы перезагружаем регистры сравнения таймера в случае если сработал таймер, а если сработало иное пользовательское прерывание, то мы отправляемся на его обработку в ext_trap_handler. В исходном коде отсутствовал переход на пользовательские прерывания.

Так же следует избавиться от всех использований printf в этом файле (закомментировать их).

Настройки среды

Для успешной работы компилятора нужно прописать пути. Открываем свойства проекта и заходим в опции компилятора. И вносим директории, чтобы выглядело так:

Freertos 16.png

Для Так же настраиваем ассемблер:

Freertos 17.png
Источник — http://wiki.mik32.ru/index.php?title=Запуск_FreeRTOS_на_MIK32&oldid=2086