Microchip SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板快速上手——移植RTOS

由于项目需要开始接触Microchip（原Atmel）家的这款MCU，使用工具是SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板。本系列用于记录从0开始一步步熟悉这款MCU的开发过程。开发板外设资源丰富，之前一直是使用HAL库开发ST/GD系列的MCU，Microchip的开发风格与前两者存在一定差异，借此机会巩固一下基础知识。

开发板用户手册

ATSAME70Q21B Microcontroller
Cortex-M7 Core-based MicrocontrollerMax Speed: 300MHzFlash: 2048KB
Microchip SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板快速上手——移植RTOS

移植FreeRTOS

SAME70移植FreeRTOS要比STM32要更加简单，主要的工作内容在导入源文件和添加头文件。

移植目录结构

下载FreeRTOS源码（可以下载官方移植好的工程模版作为参考），分别导入Source Files和Header Files，更新头文件路径。
导入源码后工程层级如下：
Microchip SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板快速上手——移植RTOS

portable

FreeRTOS有三个关键的中断函数：SVC、PendSV、Systick，将原有的中断服务函数替换为port.c中提供的，具体修改如下：
interrupts.c中定义了中断向量列表，找到以下三个进行更换：


    .pfnSVCall_Handler             = vPortSVCHandler,
    .pfnPendSV_Handler             = xPortPendSVHandler,
    .pfnSysTick_Handler            = xPortSysTickHandler,

至此已经完成80%的移植工作。除FreeRTOS源码，还需要添加freertos_hooks.c文件（官方模版），此文件中定义了一些钩子函数，如果不添加编译将会报错。

创建任务

创建两个LED任务，一个闪烁间隔500ms，一个闪烁间隔1s。


TaskHandle_t led1_task_handle, led2_task_handle;

static void led1_task_entry(void *pvParameters)
{
    while (true) {
        LED1_Toggle();
        
        vTaskDelay(500);
    }
}

static void led2_task_entry(void *pvParameters)
{
    while (true) {
        LED2_Toggle();
        
        vTaskDelay(1000);
    }
}

void SYS_Tasks ( void )
{
    (void) xTaskCreate((TaskFunction_t) led1_task_entry, "led1_task", 256, NULL, 1U, &led1_task_handle);

    (void) xTaskCreate((TaskFunction_t) led2_task_entry, "led2_task", 256, NULL, 1U, &led2_task_handle);

    /* Start RTOS Scheduler. */
    
     /**********************************************************************
     * Create all Threads for APP Tasks before starting FreeRTOS Scheduler *
     ***********************************************************************/
    vTaskStartScheduler(); /* This function never returns. */
}

编译运行，LED1和LED2分别按照不同频率开始闪烁。至此FreeRTOS移植完成。

移植RT-Thread Nano

相比于FreeRTOS，RT-Thread的移植稍微复杂一些。移植原理可以参考官方文章，非常详细：RT-Thread移植

首先还是一样，添加源文件和头文件路径。这里要注意，由于Microchip默认的工程使用的都是C文件（包括启动文件），所以没有添加汇编文件路径，而RT-Thread需要添加context_gcc.S汇编文件，添加方法如下：
Microchip SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板快速上手——移植RTOS

移植目录结构

添加后的工程如下：
Microchip SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板快速上手——移植RTOS

libcpu移植

RT-Thread 的 libcpu 抽象层向下提供了一套统一的 CPU 架构移植接口，这部分接口包含了全局中断开关函数、线程上下文切换函数、时钟节拍的配置和中断函数、Cache 等等内容，RT-Thread 支持的 cpu 架构在源码的 libcpu 文件夹下。

这里放一张RT-Thread官方的启动流程图，方便我们理解启动顺序。
Microchip SAM E70 X PLAINED ULTRA开发板快速上手——移植RTOS

RT-Thread会在进入main函数之前完成一部分内核配置工作，所以我们需要修改启动文件（默认从main函数开始执行）
修改前：


extern int main(void);

/**
 * rief This is the code that gets called on processor reset.
 * To initialize the device, and call the main() routine.
 */
void __attribute__((optimize("-O1"), section(".text.Reset_Handler"), long_call, noreturn)) Reset_Handler(void)
{
    ...

    /* Branch to application's main function */
    (void)main();

    ...
}

修改后：


extern int main(void);
extern int entry(void);

/**
 * rief This is the code that gets called on processor reset.
 * To initialize the device, and call the main() routine.
 */
void __attribute__((optimize("-O1"), section(".text.Reset_Handler"), long_call, noreturn)) Reset_Handler(void)
{
    ...

    /* Branch to application's main function */
    // (void)main();
    (void)entry();

    ...
}

在components.c中可以看到entry函数的定义：


/* Add -eentry to arm-none-eabi-gcc argument */
int entry(void)
{
    rtthread_startup();
    return 0;
}

上下文切换

接下来，像移植FreeRTOS一样，修改三个重要的中断函数，这里比较巧的是，RT-Thread的SVCall_Handler、PendSV_Handler、SysTick_Handler函数名与SAM E70默认工程一致，所以不需要再修改。

板级移植

主要是针对rt_hw_board_init，Flash初始化、时钟初始化、外设初始化、Systick等。


/**
 * This function will initial SAME70 board.
 */
void rt_hw_board_init(void)
{
    /* Initializes MCU, drivers and middleware */
    EFC_Initialize();
    CLOCK_Initialize();
    PIO_Initialize();

    /* Disable the watchdog */
    WDT_REGS->WDT_MR = WDT_MR_WDDIS_Msk;

    SCB_EnableICache();

    /* enable USART stdout module */
    hw_board_init_usart();

    /* UART driver initialization is open by default */
#ifdef RT_USING_SERIAL
    rt_hw_uart_init();
#endif

    /* init systick */
    SYSTICK_TimerInitialize();

    /* set pend exception priority */
    NVIC_Initialize();
    NVIC_SetPriority(PendSV_IRQn, (1 << __NVIC_PRIO_BITS) - 1);

#ifdef RT_USING_HEAP
    #if defined(__ARMCC_VERSION)
        rt_system_heap_init((void*)&Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit, (void*)HEAP_END);
    #elif __ICCARM__
        rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN, (void*)HEAP_END);
    #else
        /* init memory system */
        rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN, (void*)HEAP_END);
    #endif
#endif

    /* Set the shell console output device */
#if defined(RT_USING_CONSOLE) && defined(RT_USING_DEVICE)
    rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif

#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    rt_components_board_init();
#endif
}

实现动态内存堆

上面我们可以看到一行关键代码：


    /* init memory system */
    rt_system_heap_init((void*)HEAP_BEGIN, (void*)HEAP_END);

上面使用到的两个宏定义如下：


#define SAME70_SRAM_SIZE   384
#define SAME70_SRAM_END    (0x20400000 + SAME70_SRAM_SIZE * 1024)

extern char __bss_end[];
#define HEAP_BEGIN    (__bss_end + 0x1000)//官方教程为__bss_end
#define HEAP_END      SAME70_SRAM_END

在移植过程中在这里踩了点坑，后来也没有搞明白原因。调用rt_system_heap_init会完成内存堆的初始化，后续创建静态对象时都需要从堆中分配，如果这里失败那么后续创建空闲任务、定时器任务（静态）都会失败。
一开始按照RT-Thread的BSP示例中添加的堆起始地址为__bss_end，并在链接文件中导出该变量。


    . = ALIGN(4);
    _end = . ;
    __bss_end = _end;
    _ram_end_ = ORIGIN(ram) + LENGTH(ram) -1 ;

但是实际跑起来一直是申请失败，后来尝试把该变量打印出来，发现 __bss_end竟然一直等于0x20400000，也就是根本没有使用。但是实际编译出来又有使用，后来就尝试把堆起始地址后移，申请成功 。这里后续也没有继续深究。

至此内核移植工作完成。

适配串口


void rt_hw_console_output(const char *str)
{
    while (*str)
	{
		if (*str == '
')
		{
			while (!(USART1_REGS->US_CSR & US_CSR_USART_TXRDY_Msk));
			USART1_REGS->US_THR = '
';
		}
		
		/* Wait for Empty Tx Buffer */
		while (!(USART1_REGS->US_CSR & US_CSR_USART_TXRDY_Msk));
		/* Transmit Character */
		USART1_REGS->US_THR = *str;
		
		str ++;
	}
}
RTM_EXPORT(rt_hw_console_output);

static inline void hw_board_init_usart(void)
{
    USART1_Initialize();
}

启动测试：


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创建任务

创建两个LED任务，一个闪烁间隔500ms，一个闪烁间隔1s。


rt_thread_t led1_tid, led2_tid;

static void led1_task_entry(void *pvParameters)
{
    while (true) {
         LED1_Toggle();

        rt_thread_mdelay(500);
    }
}

static void led2_task_entry(void *pvParameters)
{
    while (true) {
        LED2_Toggle();

        rt_thread_mdelay(1000);
    }
}

void SYS_Tasks ( void )
{
    led1_tid = rt_thread_create("led1_task", led1_task_entry, RT_NULL, 256, 5U, 100);
    rt_thread_startup(led1_tid);

    led2_tid = rt_thread_create("led2_task", led2_task_entry, RT_NULL, 256, 5U, 100);
    rt_thread_startup(led2_tid);
}

启动测试，两个LED开始按设定频率闪烁。