摘要:本文介绍在OpenHarmony社区LiteOS-M项目中新增C-SKY指令集的开发流程,以及适配相应qemu工程的方法和步骤,供LiteOS内核相关开发者学习交流。

 

本文分享自华为云社区​​《OpenHarmonyLiteOS指令集移植指南(C-SKY)》​​,作者: Lionlace。

 

C-SKY指令集体系结构(ISA)是指第二代独立的指令集体系结构CK-Core系列知识产权指令集体系结构。CSKY ISA具有高性能、高代码密度、低功耗和可扩展性等特点。


SmartL_E802采用C-SKY V2自主指令架构的E802处理器,是平头哥半导体有限公司自主研发的低功耗、低成本嵌入式CPU核。其中,SmartL平台是用于E801/E802/E803S/E804/E805/E902/E906/E907集成和调试仿真的综合演示平台。


本文介绍在OpenHarmony社区LiteOS-M项目中新增C-SKY指令集的开发流程,以及适配相应qemu工程的方法和步骤,供LiteOS内核相关开发者学习交流。

环境搭建

SmartL_E802需要使用官方提供的csky编译器和qemu工程,以下介绍安装步骤。

编译工具链安装

  • 获取csky-elfabiv2编译器

$ mkdir csky_toolchain && cd csky_toolchain
$ wget https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/resource/1356021/1619529111421/csky-elfabiv2-tools-x86_64-minilibc-20210423.tar.gz
$ tar -xf csky-elfabiv2-tools-x86_64-minilibc-20210423.tar.gz


  • 将编译工具链新增到环境变量

打开~/.bashrc文件


$ vim ~/.bashrc


在末尾加入如下命令行并保存


export PATH=$PATH:用户自定义路径/csky_toolchain/bin


使环境变量生效


$ source ~/.bashrc

qemu安装

  • 获取qemu软件

$ mkdir csky_qemu && cd csky_qemu
$ wget https://occ-oss-prod.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/resource/1356021/1612269502091/csky-qemu-x86_64-Ubuntu-16.04-20210202-1445.tar.gz
$ tar -xf csky-qemu-x86_64-Ubuntu-16.04-20210202-1445.tar.gz


  • 将qemu加入环境变量(user_qemu_xxx_path修改为自己的安装路径)

打开~/.bashrc文件


$ vim ~/.bashrc


在末尾加入如下命令行并保存


e export PATH=$PATH:用户自定义路径/csky-qemu/bin


使环境变量生效


$ source ~/.bashrc


  • 安装依赖

使用ldd指令查看缺少的依赖库文件并下载。


$ ldd qemu_installation_path/bin/qemu-system-cskyv2


注:更详细的安装指导,请参考官方指南:https://occ.thead.cn/community/download?id=636946310057951232

码源获取

源码获取教程请参考:https://gitee.com/openharmony/docs/blob/master/zh-cn/device-dev/get-code/sourcecode-acquire.md

移植

移植过程按照已实现的riscv的qemu开发板目录结构新增csky的qemu的目录结构,并在kernel、device和vendor中实现csky指令集及开发板相关代码。

新增目录结构

分别在device、vendor和kernel创建SmartL_E802开发板所需文件。


  • 在device/qemu目录下创建SmartL_E802文件夹,并在该文件夹中新增如下内容:

OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_bash

表1 SmartL_E802文件夹目录

  • 在vendor/ohemu目录下创建qemu_csky_mini_system_demo文件夹,并在该文件夹中新增如下内容:

OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_寄存器_02

表2 开发板文件夹目录

  • 在kernel/liteos_m/kernel/arch目录下创建csky文件夹,并在该文件夹中新增如下内容:

OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_指令集_03

表3 csky文件夹目录

修改kernel代码

在kernel/liteos_m/kernel/arch下创建csky文件夹,并完成以下步骤。


  • 新增csky架构的选项

在kernel/BUILD.gn下新增对csky架构的选择:


else if ("$board_cpu" == "e802") {
deps = [ "arch/csky/v2/gcc:arch" ]
}


  • 编写架构代码     

在kernel/liteos_m/kernel/arch中编写架构代码。

          

a.编写异常文件-los_exc.S

          

将前32位异常统一入口为HandleEntry,在HandleEntry函数中保存当前栈 和异常地址并传参给HalExcHandleEntry函数。该函数将会通过中断号、g_newTask的值和入参判断异常发生时所处位置类型(初始化、任务、中断),并调用OsExcInfoDisplay函数输出内存检测结果、函数调用栈回溯结果、任务描述块信息、异常类型及原因和异常时寄存器状态。


OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_开发板_04

表4 异常向量分配 (图片来源:平头哥玄铁E802用户手册)


b.编写调度代码-los_dispatch.S

          

在los_dispatch.S中编写HalStartToRun函数和HalTaskContextSwitch函数,通过保存及恢复R0~R15、epc、epsr和psr几个寄存器,实现任务的上下文切换。在los_context.c中适配系统逻辑,编写任务栈初始化函数并在该文件中调用调度函数。


OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_bash_05

表5 通用寄存器(图片来源:平头哥玄铁E802用户手册)


c.编写系统中断文件-los_interrupt.c

         

将VIC中断地址VIC_REG_BASE并转换成结构体,按手册描述编写中断的优先级,屏蔽、使能和清除功能。使用相关中断汇编指令实现中断开关,读取中断号等功能。


OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_bash_06

表6 紧耦合IP的内存地址分配(图片来源:平头哥玄铁E802用户手册)

 

d.编写定时器文件-los_timer.c

         

取定时器地址CORE_TIM_BASE并转换成对应的地址结构体,按手册编写控制和重载等功能。适配系统获取cycle等接口。


OpenHarmony LiteOS C-SKY指令集移植指南_环境变量_07

表7 系统计时器寄存器定义(图片来源:平头哥玄铁E802用户手册)

 

e.在kernel/arch/csky/v2/gcc/BUILD.gn中添加所编写的文件

static_library("arch") {
…(加入需要编译链接的文件)
}


  • 编写csky架构的backtrace

        

a.在components/backtrace中增加csky架构的backtrace的相关代码。通过栈回溯找到函数调用过程中的lr地址并保存,最后在OsExcInfoDisplay中输出,为用户分析异常原因提供参考。

        

b.在kernel/include/los_config.h的LOSCFG_BACKTRACE_TYPE上增加csky架构backtrace的描述。


5: Call stack analysis for c-sky by scanning the stack.


​注:架构相关内容详情请查看平头哥玄铁E802用户手册。

修改device代码

在device/qemu下新增SmartL_E802文件夹,并完成以下步骤。


  • 移植SDK中代码到device目录下

       

a.将SmartL_E802 SDK驱动代码整理拷贝到driver目录内,并编写BUILD.gn文件编译驱动代码。

       

b.参考SDK中的gcc_csky.ld中寄存器配置修改liteos.ld文件,分配代码到指定区间。


{
I-SRAM : ORIGIN = 0x0 , LENGTH = 0x20000 /* I-SRAM 128KB */
D-SRAM : ORIGIN = 0x20000000 , LENGTH = 0x20000 /* D-SRAM 128KB */
O-SRAM : ORIGIN = 0x50000000 , LENGTH = 0x800000 /* off-chip SRAM 8MB */
SRAM : ORIGIN = 0x60000000 , LENGTH = 0x20000 /* on-chip SRAM 128KB */
}


​c.参考SDK中的startup.S文件,删除vector定义并编写中断总入口


.text
.align 2
.global IrqE
IrqEntry:
psrset ee
subi sp, 72
stm r0-r15, (sp)
mfcr r0, epsr
stw r0, (sp, 64)
mfcr r0, epc
stw r0, (sp, 68)
jbsr HalInterrupt
ldw r0, (sp, 68)
mtcr r0, epc
ldw r0, (sp, 64)
bseti r0, r0, 6
mtcr r0, epsr
ldm r0-r15, (sp)
addi sp, 72
rte


  • 编写串口驱动

参考SDK中串口demo和printf实现逻辑,编写dprintf.c/.h并在main.c中调用串口初始化。


  • 适配文件系统

参考LiteOS代码,将fs适配层文件移植到SmartL_E802中。


  • 编写config.gni文件

参考device/qemu/riscv32_virt中config.gni 的格式,再参考SDK中的编译选项和需要对外调用的接口,在liteos_m文件夹下编写config.gni文件。


  • 编写test测试代码

参考device/qemu/riscv32_virt编写测试代码。


  • 编写BUILD.gn文件

编写BUILD.gn文件,将fs适配层,driver开发板驱动代码等编译出来的静态库合成liteos可执行文件。


  • 编写README.md

在SmartL_E802文件夹下编写中英文用户指南:README_zh.md及README.md,并修改device/qemu目录下的中英文文档,新增对csky开发板的介绍。

修改vendor代码

在vendor/ohemu下创建qemu_csky_mini_system_demo文件夹,并完成以下步骤。


  • 拷贝hals/utils文件夹

参考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo,在qemu_csky_mini_system_demo文件夹下新增hals/utils文件夹。


  • 编写BUILD.gn文件

参考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo,编写BUILD.gn文件并增加./qemu-run脚本的使用。


  • 修改config.json文件

参考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo,将其中riscv内容修改为csky相关内容。


  • 编写qemu_run.sh脚本

使用./qemu-run对应的架构脚本,参考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo和平头哥官方提供的qemu使用手册(https://occ.t-head.cn/community/download?id=636946310057951232)编写该脚本。

编译运行

编译

  • 执行hb set命令并选择项目qemu_csky_mini_system_demo;
  • 执行hb clean && hb build命令构建产生 liteos 可执行文件。


$ hb set
$ hb clean && hb build

在Qemu中运行镜像

  • 启动qemu(不配合GDB)

$ ./qemu-run


  •  启动qemu(配合GDB)

      

a.启动GDB服务器,等待连接


$ ./qemu-run -g


​b.新建终端并使用GDB连接qemu


$ csky-abiv2-elf-gdb out/SmartL_E802/qemu_csky_mini_system_demo/unstripped/bin/liteos -ex "target remote localhost:1234"


​注:

1.默认使用带符号表的elf文件;

2.qemu退出方式为:按下ctrl加a键,然后松开再按下x键。


qemu运行结果关键日志如下:

entering kernel init...
Entering scheduler
Register littlefs done.
../../../third_party/littlefs/lfs.c:1072:error: Corrupted dir pair at {0x0, 0x1}
Littlefs mount at /littlefs/ done.
Littlefs inited.
TaskSampleEntry1 running...
TaskSampleEntry2 running...


本次移植适配的相关源代码路径为:

kernel : ​https://gitee.com/openharmony/kernel_liteos_m/tree/master/kernel/arch/csky/v2/gcc​

qemu : ​https://gitee.com/openharmony/device_qemu/tree/master/SmartL_E802​

vendor:https://gitee.com/openharmony/vendor_ohemu/tree/master/qemu_csky_mini_system_demo

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