【GD32】RT-Thread实时操作系统移植（GD32F470ZGT6）

1. 简介

最近几年可以发现国产的实时操作系统越来越受欢迎了，本篇要移植的就是当中的翘楚------RT-Thread。

RT-Thread诞生于2006年，是国内以开源中立、社区化发展起来的一款高可靠实时操作系统，由睿赛德科技负责开发维护和运营。并且在上一年度的市场欢迎程度中位列第一，第一次超过了老牌的FreeRTOS系统。

相比于FreeRTOS，它的优势是强大的第三方和官方软件库，这意味着在项目开发中可以大大减少软件库移植的时间，提高了开发效率。不过根据我以往的项目经验，这些库还是有不少bug存在的，所以RT-Thread社区对于库的维护和更新还是要更加努力才行。

RT-Thread库的代码风格、软件逻辑可以说是完全模仿Linux的 ，如果各位本身就有Linux系统的开发经验，那么RT-Thread可以说是轻松上手，甚至可以通过学习RT-Thread来反向学习Linux系统的原理（我就是这样的），毕竟Linux的官方文档确实一言难尽。对于新手，官网提供了比较完善的开发文档，我个人认为算是非常详尽的了。

2. 移植

RT-Thread为了尽可能地兼容多的单片机，它分为标准版、nano版和smart版。标准版就是给系统资源比较充足的单片机移植的，可以使用社区里面的所有库；nano版是给资源较少的单片机移植的，只能使用部分的官方库；smart版是给物联网设备移植，这个分支比较少用。

本篇我们移植的是标准版，目前最新的发行版本是5.1.0，在Github上面可以下载RT-Thread源码。

2.1 导入文件

下载源码后解压，RT-Thread要导入的文件还是非常多的，先讲一下源代码里面关键文件夹的代码内容。

bsp目录主要存放各个芯片、开发板的外设驱动。

components目录主要存放一些系统部件，如HAL层驱动、C库支持、shell命令行支持等等。

documentation目录主要存放一些说明文档。

examples目录主要存放一些例程。

include目录主要是内核的头文件。

libcpu目录主要存放是是不同处理器底层的驱动。

src目录存放的是内核的源文件。

tools目录主要存放的是一些Python的工具脚本。

要导入的文件大致就是：

libcpu目录中Arm Cortex-M4相关的文件，参考路径libcpu\arm\cortex-m4；

需要注意的是，如果使用AC5编译器，.S文件要导入context_rvds.S；如果使用AC6编译器，.S文件要导入context_gcc.S这个。

bsp目录中GD32F470相关的外设驱动，参考路径bsp\gd32\arm\libraries\gd32_drivers；

components目录中外设HAL层驱动相关文件，参考路径components\drivers；

components目录中C库相关文件，参考路径components\libc\compilers；

要导入的头文件路径也比较多，参考下面：

其他设置要注意的是，不要勾选"Use MicroLIB"这一个选项。

另外就是，因为RT-Thread内核已经写好了所需的所有底层驱动，所以标准固件库里面导入的像systick、gd32f4xx_it类似的文件就不需要了。

2.2 配置文件

RT-Thread的配置文件应该是我见过最复杂的，不算第三方库至少也有上千个配置项，然后你要根据自己的配置项导入对应的源文件，导错的话就会编译不过。一般来说，官方会推荐使用RT-Thread Studio开发或使用Kconfig工具进行配置。不过这里只是进行简单移植即可，能成功跑起来就行，更深入的可以以后再慢慢学。

对于第一次进行移植的可以参考源码项目里面的例程，下面是我根据例程精简过的配置文件。

cpp 复制代码

#ifndef RT_CONFIG_H__
#define RT_CONFIG_H__

/* Automatically generated file; DO NOT EDIT. */
/* RT-Thread Configuration */

/* RT-Thread Kernel */

#define RT_NAME_MAX 8
#define RT_CPUS_NR 1
#define RT_ALIGN_SIZE 8
#define RT_THREAD_PRIORITY_32
#define RT_THREAD_PRIORITY_MAX 32
#define RT_TICK_PER_SECOND 1000
#define RT_USING_OVERFLOW_CHECK
#define RT_USING_HOOK
#define RT_HOOK_USING_FUNC_PTR
#define RT_USING_IDLE_HOOK
#define RT_IDLE_HOOK_LIST_SIZE 4
#define IDLE_THREAD_STACK_SIZE 256
#define RT_USING_TIMER_SOFT
#define RT_TIMER_THREAD_PRIO 4
#define RT_TIMER_THREAD_STACK_SIZE 512

/* kservice optimization */

#define RT_KSERVICE_USING_STDLIB
#define RT_USING_DEBUG
#define RT_DEBUGING_COLOR
#define RT_DEBUGING_CONTEXT

/* Inter-Thread communication */

#define RT_USING_SEMAPHORE
#define RT_USING_MUTEX
#define RT_USING_EVENT
#define RT_USING_MAILBOX
#define RT_USING_MESSAGEQUEUE

/* Memory Management */

#define RT_USING_MEMPOOL
#define RT_USING_SMALL_MEM
#define RT_USING_SMALL_MEM_AS_HEAP
#define RT_USING_HEAP
#define RT_USING_DEVICE
#define RT_USING_CONSOLE
#define RT_CONSOLEBUF_SIZE 128
#define RT_CONSOLE_DEVICE_NAME "uart0"
#define RT_VER_NUM 0x50100
#define RT_BACKTRACE_LEVEL_MAX_NR 32

/* RT-Thread Components */

#define RT_USING_COMPONENTS_INIT
#define RT_USING_USER_MAIN
#define RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE 2048
#define RT_MAIN_THREAD_PRIORITY 10

/* Device Drivers */

#define RT_USING_DEVICE_IPC
#define RT_UNAMED_PIPE_NUMBER 64
#define RT_USING_SERIAL
#define RT_USING_SERIAL_V1
#define RT_SERIAL_USING_DMA
#define RT_SERIAL_RB_BUFSZ 64
#define RT_USING_PIN

/* Using USB */


/* C/C++ and POSIX layer */

/* ISO-ANSI C layer */

/* Timezone and Daylight Saving Time */

#define RT_LIBC_USING_LIGHT_TZ_DST
#define RT_LIBC_TZ_DEFAULT_HOUR 8
#define RT_LIBC_TZ_DEFAULT_MIN 0
#define RT_LIBC_TZ_DEFAULT_SEC 0

/* POSIX (Portable Operating System Interface) layer */


/* Interprocess Communication (IPC) */


/* Socket is in the 'Network' category */


/* Network */


/* Memory protection */


/* Utilities */


/* RT-Thread Utestcases */


/* RT-Thread online packages */

/* IoT - internet of things */


/* Wi-Fi */

/* Marvell WiFi */


/* Wiced WiFi */


/* CYW43012 WiFi */


/* BL808 WiFi */


/* CYW43439 WiFi */


/* IoT Cloud */


/* security packages */


/* language packages */

/* JSON: JavaScript Object Notation, a lightweight data-interchange format */


/* XML: Extensible Markup Language */


/* multimedia packages */

/* LVGL: powerful and easy-to-use embedded GUI library */


/* u8g2: a monochrome graphic library */


/* tools packages */


/* system packages */

/* enhanced kernel services */


/* acceleration: Assembly language or algorithmic acceleration packages */


/* CMSIS: ARM Cortex-M Microcontroller Software Interface Standard */


/* Micrium: Micrium software products porting for RT-Thread */


/* peripheral libraries and drivers */

/* HAL & SDK Drivers */

/* STM32 HAL & SDK Drivers */


/* Kendryte SDK */


/* sensors drivers */


/* touch drivers */


/* AI packages */


/* Signal Processing and Control Algorithm Packages */


/* miscellaneous packages */

/* project laboratory */

/* samples: kernel and components samples */


/* entertainment: terminal games and other interesting software packages */


/* Arduino libraries */


/* Projects and Demos */


/* Sensors */


/* Display */


/* Timing */


/* Data Processing */


/* Data Storage */

/* Communication */


/* Device Control */


/* Other */


/* Signal IO */


/* Uncategorized */
#define __RT_KERNEL_SOURCE__
#define __RT_IPC_SOURCE__

/* Hardware Drivers Config */

#define SOC_SERIES_GD32F4xx
#define SOC_GD32470Z

/* Onboard Peripheral Drivers */

/* On-chip Peripheral Drivers */

#define BSP_USING_GPIO
#define BSP_USING_UART
#define BSP_USING_UART0

/* Board extended module Drivers */


#endif

除此之外，还需要添加一些全局宏定义------"RT_USING_LIBC, __CLK_TCK=RT_TICK_PER_SECOND, RTTHREAD,__STDC_LIMIT_MACROS, RT_USING_ARMLIBC"

至此，进行编译的话应该就能成功了。如果编译不成功的话，可以尝试通过错误打印查找原因，大部分都是因为文件导少了导多了、某个配置项没设置之类的。或者参考官方的例程，我的开发板例程在路径bsp\gd32\arm\gd32470z-lckfb下。

2.3 测试程序

我们也是简单写一个跑马灯程序，看看RT-Thread有没有移植成功。

cpp 复制代码

#include "gd32f4xx.h"
#include "rtthread.h"
#include "rtdevice.h"
#include "board.h"

#define DBG_TAG    "main"
#define DBG_LVL    DBG_INFO
#include "rtdbg.h"

#define LED1_PIN GET_PIN(E, 3)

int main(void)
{
    rt_pin_mode(LED1_PIN, PIN_MODE_OUTPUT);

	while (1) {
        rt_pin_write(LED1_PIN, PIN_HIGH);
        LOG_I("LED1 ON");
        rt_thread_mdelay(1000);
        rt_pin_write(LED1_PIN, PIN_LOW);
        LOG_I("LED1 OFF");
        rt_thread_mdelay(1000);
	}
}

RT-Thread自带一个调试子系统，感觉是模仿Easylogger的，需要导入rtdbg.h，还要定义DBG_TAG和DBG_LVL宏定义，前者是一个字符串标签，调试时会打印出来；后者是调试打印的等级。

这里我使用了pin子系统，这样定义GPIO管脚会方便很多，使用GET_PIN宏定义可以获取管脚，使用rt_pin_mode可以定义管脚，rt_pin_write可以设置管脚输出，感觉这个又是模仿Arduino的。

延时的话就调用rt_thread_mdelay即可，单位是毫秒。

细心的同学可能发现，为什么代码中没有创建线程这种操作？其实main函数就是一个线程。那是怎么做到的呢？这里简单分析一下源码，位于components.c文件。

RT-Thread在初始化系统的时候很巧妙地使用了MDK的 $Sub$ $main和$ Super$$main两个特性；前者是在main函数执行前插入一段代码，后者是跳转到main函数中。

cpp 复制代码

extern int $Super$$main(void);
/* re-define main function */
int $Sub$$main(void)
{
    rtthread_startup();
    return 0;
}

在main函数执行前，插入了rtthread_startup函数，用于初始化RT-Thread系统。

cpp 复制代码

int rtthread_startup(void)
{
#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_spin_lock_init(&_cpus_lock);
#endif
    rt_hw_local_irq_disable();

    /* board level initialization
     * NOTE: please initialize heap inside board initialization.
     */
    rt_hw_board_init();

    /* show RT-Thread version */
    rt_show_version();

    /* timer system initialization */
    rt_system_timer_init();

    /* scheduler system initialization */
    rt_system_scheduler_init();

#ifdef RT_USING_SIGNALS
    /* signal system initialization */
    rt_system_signal_init();
#endif /* RT_USING_SIGNALS */

    /* create init_thread */
    rt_application_init();

    /* timer thread initialization */
    rt_system_timer_thread_init();

    /* idle thread initialization */
    rt_thread_idle_init();

#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_spin_lock(&_cpus_lock);
#endif /* RT_USING_SMP */

    /* start scheduler */
    rt_system_scheduler_start();

    /* never reach here */
    return 0;
}

这个函数里面都是一些系统初始化的操作，重点在rt_application_init函数，main线程就是在这里面初始化的。

cpp 复制代码

static void main_thread_entry(void *parameter)
{
    extern int main(void);
    RT_UNUSED(parameter);

#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    /* RT-Thread components initialization */
    rt_components_init();
#endif /* RT_USING_COMPONENTS_INIT */

#ifdef RT_USING_SMP
    rt_hw_secondary_cpu_up();
#endif /* RT_USING_SMP */
    /* invoke system main function */
#ifdef __ARMCC_VERSION
    {
        extern int $Super$$main(void);
        $Super$$main(); /* for ARMCC. */
    }
#elif defined(__ICCARM__) || defined(__GNUC__) || defined(__TASKING__) || defined(__TI_COMPILER_VERSION__)
    main();
#endif /* __ARMCC_VERSION */
}

void rt_application_init(void)
{
    rt_thread_t tid;

#ifdef RT_USING_HEAP
    tid = rt_thread_create("main", main_thread_entry, RT_NULL,
                           RT_MAIN_THREAD_STACK_SIZE, RT_MAIN_THREAD_PRIORITY, 20);
    RT_ASSERT(tid != RT_NULL);
#else
    rt_err_t result;

    tid = &main_thread;
    result = rt_thread_init(tid, "main", main_thread_entry, RT_NULL,
                            main_thread_stack, sizeof(main_thread_stack), RT_MAIN_THREAD_PRIORITY, 20);
    RT_ASSERT(result == RT_EOK);

    /* if not define RT_USING_HEAP, using to eliminate the warning */
    (void)result;
#endif /* RT_USING_HEAP */

    rt_thread_startup(tid);
}

可以看到main线程的实现函数中，调用了 $Super$ $main，将代码跳转到了实际的main函数里面。

不得不感叹RT-Thread的骚操作！！！

2.4 运行结果

RT-Thread系统启动时会打印版本信息，接下来就是用户的打印，因为RT-Thread的调试子系统是默认使用彩色打印的，所以最好使用支持彩色调试打印的串口助手，像我使用的MobaXterm，不然会出现一些乱码。

移植成功的话就会看到板子上的LED灯闪烁了。