沁恒 CH32V208(五): CH32V208 运行FreeRTOS示例的说明

目录

• 沁恒 CH32V208(一): CH32V208WBU6 评估板上手报告和Win10环境配置
• 沁恒 CH32V208(二): CH32V208的储存结构, 启动模式和时钟
• 沁恒 CH32V208(三): CH32V208 Ubuntu22.04 Makefile VSCode环境配置
• 沁恒 CH32V208(四): CH32V208 网络DHCP示例代码分析
• 沁恒 CH32V208(五): CH32V208 运行FreeRTOS示例的说明

硬件部分

• CH32V208WBU6 评估板
• WCH-LinkE 或 WCH-Link

软件部分

本节以沁恒的FreeRTOS示例项目为例进行说明.

示例代码位于 CH32V20xEVT 压缩包的 EVT/EXAM/FreeRTOS 目录.

对应 GCC 环境的项目代码位于 https://github.com/IOsetting/ch32v208-template/tree/main/Examples/FreeRTOS/Task/Blink

青稞V4的手册下载地址 https://www.wch.cn/downloads/QingKeV4_Processor_Manual_PDF.html

编译和烧录

这里只介绍 GCC & Makefile 环境的编译和烧录. 参考上一节进行 GCC 环境的配置

1. 修改 Makefile 中的 USE_FREERTOS 选项, 设置为USE_FREERTOS ?= y, 打开这个选项, 在编译时会包含 FreeRTOS 库相关文件
2. 修改 Makefile 中的 AFILES := Libraries/Startup/startup_ch32v20x_D8W.S, 将其替换为 AFILES := Libraries/Startup/startup_ch32v20x_D8W_RTOS.S 后者禁用了硬件堆栈, 禁用了机器模式下的中断, 如果不禁用, FreeRTOS 无法正常工作
3. 清空 User 目录, 将 FreeRTOS/Task/Blink 目录下的文件复制到 User 目录, 运行 make 编译项目
4. 连接好 WCH-Link 和 CH32V208 评估板, 运行 make flash 烧录

运行示例

将 PA0, PA1 分别连接到 LED1 和 LED2, 观察两个GPIO任务的输出.

将评估板的串口输出连接到 WCH-Link, 在PC端使用串口工具, 波特率115200打开 /dev/ttyACM0 观察两个GPIO任务的printf输出

运行时, 除了 LED1 间隔半秒 和 LED2 间隔一秒闪烁外, 串口会打印以下内容(忽略其中的时间戳部分)

SystemClk:96000000
FreeRTOS Kernel Version:V10.4.6
task2 entry
task1 entry
32:33.611 task1 entry
32:34.611 task2 entry
task1 entry
32:35.611 task1 entry
32:36.610 task2 entry
task1 entry
32:37.611 task1 entry
32:38.611 task2 entry
task1 entry
32:39.611 task1 entry

涉及的代码改动

中断处理变动

CH32V20x 运行 FreeRTOS 时不支持硬件压栈, 中断只能使用软件压栈

在无系统场景时的中断处理

void NMI_Handler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
void HardFault_Handler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));

就要换成不带WCH-Interrupt-fast的中断处理

void NMI_Handler(void) __attribute__((interrupt()));
void HardFault_Handler(void) __attribute__((interrupt()));

Startup 文件变动

在 startup 文件中需要禁用硬件堆栈, 并在机器模式下禁用中断,

在无系统场景时的 0x804 和 mstatus 设置

/* Enable nested and hardware stack */
li t0, 0x3
csrw 0x804, t0
 
/* Enable interrupt */
li t0, 0x88           
csrs mstatus, t0

就要替换为下面的设置

/* Enable nested stack, no hardware stack */
li t0, 0x2
csrw 0x804, t0
 
/* Machine mode, no interrupt */
li t0, 0x1800
csrs mstatus, t0

804寄存器

CSR 0x804地址对应的是 INTSYSCR, 中断系统控制寄存器. 青稞V4手册第13页.

位	名称	读写	描述	复位值
1	INESTEN	RW	中断嵌套使能, 0:关闭, 1:开启	0
0	HWSTKEN	RW	硬件压栈使能, 0:关闭, 1:开启	0

运行 FreeRTOS 时, 需要关闭硬件压栈使能, 因此上面对 0x804 写入 0x2.

mstatus寄存器

mstatus 是 机器模式状态寄存器, 青稞V4手册第30页, 每一位的定义为

位	名称	读写	描述	复位值
[31:15]	--
[14:13]	FS	RW	浮点单元状态, 00:OFF, 01:Initial, 10:Clean, 11:Dirty	00
[12:11]	MPP	RW	进中断前特权模式	00
[10:8]	--
[7]	MPIE	RW	进中断之前中断使能状态	00
[6:4]	--
[3]	MIE	RW	机器模式中断使能	00
[2:0]	--

• FS
  用于描述和维护浮点单元状态, 所以该域只有在含有硬件浮点功能的青稞 V4F 微处理器上才有意义. 当其值为 0 时, 表示浮点单元为关闭状态, 且如果此时使用浮点指令, 将触发异常；若其值为 1 或 2, 当执行了浮点指令后, 该域会被更新为 3. 若用户在使用 V4F 微处理器时, 不期望使用硬件浮点功能, 可在机器模式下, 手动清除该两位, 以关闭硬件浮点并降低功耗.
• MPP
  用于保存进入异常或中断前的特权模式, 用于退出异常或中断后的特权模式恢复
• MPIE
  用于保存进入异常或中断前的中断使能状态(MIE的值), 用于退出异常或中断后中断使能状态恢复
• MIE
  全局中断使能位, 当进入异常或中断时, MPIE 的值被更新为 MIE 值, 需要注意的是青稞 V4 在最后一级嵌套中断前 MIE 不会被更新为 0, 以保证机器模式下的中断嵌套继续执行.
  当退出异常或中断后, 处理器恢复为 MPP 保存的机器模式, MIE 恢复为 MPIE 保存的使能状态.

运行FreeRTOS时, 对 mstatus 使用 csrs 指令写入 0x1800, 即将 MPP bit[12,11]设置为 0x11, 使其返回后始终保持在机器模式.

LD 脚本

需要增加 __freertos_irq_stack_top 锚定栈顶地址

  .stack ORIGIN(RAM) + LENGTH(RAM) - __stack_size :
  {
    PROVIDE( _heap_end = . );
    . = ALIGN(4);
    PROVIDE(_susrstack = . );
    . = . + __stack_size;
    PROVIDE( _eusrstack = .);
    __freertos_irq_stack_top = .;
  } >RAM 
 

运行 FreeRTOS 任务

这部分就是正常的 FreeRTOS 调用了

    xTaskCreate((TaskFunction_t )task2_task,
                        (const char*    )"task2",
                        (uint16_t       )TASK2_STK_SIZE,
                        (void*          )NULL,
                        (UBaseType_t    )TASK2_TASK_PRIO,
                        (TaskHandle_t*  )&Task2Task_Handler);
 
    xTaskCreate((TaskFunction_t )task1_task,
                    (const char*    )"task1",
                    (uint16_t       )TASK1_STK_SIZE,
                    (void*          )NULL,
                    (UBaseType_t    )TASK1_TASK_PRIO,
                    (TaskHandle_t*  )&Task1Task_Handler);
    vTaskStartScheduler();

参考

• https://www.cnblogs.com/wchmcu/p/17390935.html
• https://www.eevblog.com/forum/microcontrollers/wch-0-10-risc-v-mcu/100/