RT-Thread内核移植

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前言

??本文以正点原子W601开发板为例，讲解如何移植RT-Thread

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一、实验平台简介

1.1 W601简介

??W601就是国内联盛德微电子推出的一款集 WiFi 与 MCU 为一体的 WIFI 芯片方案，以代替传统的 WIFI 模组+外置 MCU 方案。它集成了 Cortex-M3 内核，是一款支持多功能接口的 SoC 芯片。可作为主控芯片应用于智能家电、智能家居、智能玩具、医疗监护、工业控制等物联网领域

??学习 W601 有几份资料经常用到：

《W601 芯片产品规格书》
《WM_W601_寄存器手册》
《W601 芯片设计指导书》

??其中，最常用的是《WM_W601_寄存器手册》，该文档是官方针对 W601 芯片提供的一份参考资料，里面有绝大部分寄存器的详细描述，内容详实，方便大家编写代码，不过没有实例，也没有对 Cortex-M3 构架进行多少介绍，读者只能根据自己对书本的理解来编写相关代码。当然官方也提供了相关外设例程，但也都是基于操作系统的。而《W601 芯片产品规格书》和《W601 芯片设计指导书》可以让我们更好的了解 W601 的电气参数和硬件电路的设计。

1.2 RT-Thread简介

??RT-Thread，全称是 Real Time-Thread，顾名思义，是一款完全由国内团队开发维护的嵌入式实时操作系统（RTOS），基本属性之一是支持多任务。可以使用Env工具对源码功能进行配置或裁剪，生成 MDK/IAR/GCC 工程，需要配合 MDK/IAR/GCC 使用。也可以使用自家RT-Thread Studio下载源码包并创建 rt-thread 工程，独立完成开发、编译、下载、调试等功能，并能进行功能裁剪。
??RT-Thread内核分为三个版本，有标准版本、Nano版本以及Smart版本。RT-Thread Nano 是一个极简版的硬实时内核，类似于FreeRTOS。RT-Thread Smart 是基于 RT-Thread 操作系统上的混合操作系统，它把应用从内核中独立出来，形成独立的用户态应用程序，并具备独立的地址空间（32 位系统上是 4G 的独立地址空间），类似于linux操作系统。Nano版与其他RTOS区别不大，没有设备驱动和scons构建概念；而Smart版太复杂学习难度不低于Linux，所以不建议深入了解。
??近年来，物联网（Internet Of Things，IoT）概念广为普及，物联网市场发展迅猛，嵌入式设备的联网已是大势所趋。终端联网使得软件复杂性大幅增加，传统的 RTOS 内核已经越来越难满足市场的需求，在这种情况下，物联网操作系统（IoT OS）的概念应运而生。RT-Thread标准版与其他很多 RTOS 如 FreeRTOS、uC/OS 的主要区别之一是，它不仅仅是一个实时内核，还具备丰富的中间层组件，相当于RTOS+LWIP，如下图所示。

??本篇文章以rt-thread-master为例，为大家讲解移植，具体内核与设备驱动学习可以见官网详细说明：
https://www.rt-thread.org/document/

1.3 ENV简介

??env 是 RT-Thread 推出的开发辅助工具，针对基于 RT-Thread 操作系统的项目工程，提供编译构建环境、图形化系统配置及软件包管理三大功能。其内置的 menuconfig 提供了简单易用的配置剪裁工具，可对内核、组件和软件包进行自由裁剪，使系统以搭积木的方式进行构建。有以下特性：

• menuconfig 图形化配置界面，交互性好，操作逻辑强；
• 丰富的文字帮助说明，配置无需查阅文档；
• 使用灵活，自动处理依赖，功能开关彻底；
• 自动生成 rtconfig.h，无需手动修改；
• 使用 scons 工具生成工程，提供编译环境，操作简单；
• 提供多种软件包，模块化软件包耦合关联少，可维护性好；
• 软件包可在线下载，软件包持续集成，包可靠性高；

二、开发环境搭建

2.1 MDK安装

??MDK安装与使用见下链接，注意串口驱动CH340-以及ST-Link驱动的安装：
https://blog.csdn.net/weixin_44567668/article/details/134191384

2.2 Git安装

??Env软件包管理功能需要git的支持，Git的安装与命令操作见以下链接：
https://blog.csdn.net/weixin_44567668/article/details/125102572

2.3 RT-Thread相关下载

??RT-Thread内核源码与ENV工具前往RT-Thread官网下载：
https://www.rt-thread.org/download.html

2.4 其他素材

• 正点原子W601 RTT例程
• W601官方SDK
• 星通智联串口调试下载助手

下载链接：https://download.csdn.net/download/weixin_44567668/88692870

三、移植RT-Thread

??本来想详细写的，发现内容太多遂放弃。本小节只介绍移植注意事项，此外需要对Keil使用的了解，见2.1小节
??首先打开工程，光标停在C文件上就可以看见文件所在目录位置，这样就可以在Manage Project Items添加文件

??注意libc文件可以不用，这是RTT的一个组件，我们常用的组件就需要finsh就够了

??然后打开Options for Target->Target，注意ROM与RAM的起始位置。ROM的地址是因为Flash里RUN AREA区起始地址为0x8010000，而RUN PARAM又占用了 256 个字节，所以代码实际存放的位置是从0x8010000+0x100=0x8010100地址处开始的。

??然后在User选项卡里注意下面这两个文件。其中 Run #1为调用 MDK 提供的工具生成 bin 文件，bin 文件的名字为 Output 选项卡中设置的名字。Run #2为调用官方提供的 makeimg.exe 和 makeimg_all.exe 工具生成 FLS 文件，可用于 W601 芯片串口升级功能。由于 makeimg.bat 脚本中固定了 bin 文件名，所以请不要随意修改 Output 选项中的名字。

fromelf --bin !L --output rtthread.bin
.\makeimg.bat

??最后注意的是Linker，要取消勾选Use Memory Layout Target Dialog，使用drivers目录下编译工具链。点击Edit可以发现链接里的ROM和RAM设置与Option里的默认配置不一样

??剩下的就是常规的移植与配置

四、ENV使用

??下载好了之后解压，点击env.exe控制台，菜单栏右击->Settings

??点击Integration，点击Register注册到环境变量，最后保存设置

??此时可以在空白处右击打开env

??在工程目录下右击打开env

注意：第一次打开 env 时，杀毒软件可能会误报，务必添加其至信任白名单

??输入以下命令可以编译

scons				# 编译
scons --target=iar	# 编译生成IAR工程
scons --target=mdk5	# 编译生成MDK5工程

注意：如果工程目录有中文会编译失败

??输入menuconfig打开配置项目。menuconfig是图形化界面，它丰富的配置菜单，可以自动处理依赖，自动生成 rtconfig.h

??RT-Thread 提供一个软件包管理平台，这里存放了官方提供或开发者提供的软件包。这些软件包位于 RT-Thread online packages 菜单下，进入该菜单后，则可以看如下软件包分类：

??找到你需要的软件包然后选中开启，保存并退出menuconfig 。此时软件包已被标记选中，但是还没有下载到本地，所以还无法使用。

• 下载 ：如果软件包在本地已被选中，但是未下载，此时输入：pkgs --update ，该软件包自动下载；
• 更新 ：如果选中的软件包在服务器端有更新，并且版本号选择的是 latest 。此时输入： pkgs --update ，该软件包将会在本地进行更新；
• 删除 ：某个软件包如果无需使用，需要先在 menuconfig 中取消其的选中状态，然后再执行： pkgs --update 。此时本地已下载但未被选中的软件包将会被删除。
  
  ??使用menuconfig -s命令进入Env配置界面，进入后看见Env config后按回车
  
  3 个选项分别为：
• 软件包自动更新功能：在退出 menuconfig 功能后，会自动使用pkgs --update命令来下载并安装软件包，同时删除旧的软件包。本功能在下载在线软件包时使用。
• 自动创建 MDK 或 IAR 工程功能：当修改 menuconfig 配置后 ，必须输入 scons --target=xxx 来重新生成工程。开启此功能，就会在退出 menuconfig 时，自动重新生成工程，无需再手动输入 scons 命令来重新生成工程。
• 使用镜像服务器下载软件包：由于大部分软件包目前均存放在 GitHub 上，所以在国内的特殊环境下，下载体验非常差。开启此功能，可以通过 国内镜像服务器下载软件包，大幅提高软件包的下载速度和稳定性

五、W601开发板下载验证

5.1 使用串口下载软件

??首先需要安装串口驱动，安装见前面开发环境搭建。然后在附件资源里找到星通智联串口调试下载助手，双击运行ThingsTurn_Serial_Tool.exe。
??选择 ALIENTEK W601 开发板在电脑上的 COM 口，在电脑的“控制面板->设备管理器->端口（COM 和 LPT）”中查看，如果电脑的 COM 口太多，请插拔开发板的 USB 线观察具体的 COM 口编号。串口参数按如图所示参数进行设。打开串口后，还需要选择 FLS 文件路径（这里的文件选择上面新建工程并且编译后的 BIN 文件夹路径就可以了，如果没有 FLS，请先编译工程），然后点击下载，就可以将程序下载到 W601 芯片。

5.2 ST-Link下载

??首先需要安装ST-Link驱动，安装见前面开发环境搭建。打开 Options for Target 选项卡，在 Debug 栏选择仿真工具为 ST-Link Debugger，这里我们还勾选了 Run to main()，如图所示：

??然后我们点击 Settings，设置ST-Link的一些参数，如图所示：

??单击 OK，完成此部分设置，接下来我们还需要在 Utilities 选项卡里面设置下载时的目标编程器，我们直接勾选 Use Debug Driver，即和调试一样，选择高速 DAP 来给目标器件的 FLASH 编程，如图所示：

??然后这里需要拷贝官方提供的下载算法 W60X_QFlash.FLM（路径为附件资源\W601的RT-Thread开发环境\WM_SDK\Doc\W60X_QFLASH_Driver_for_SWD\W60X_QFlash）文件到MDK安装目录下（路径为.\Keil_v5\ARM\Flash），如图所示：

??然后点击 Utilities->Settings，在 Download Function 勾选“Reset and Run”功能，在“RAM for Algorithm”处，需要将 Size 改为“0x00002000”，而后点击 Add 选项，选择刚刚拷贝的下载算法“Winner Micro 1M Flash V1.0”，然后点击 Add，添加后最后点击 OK 退出就可以了。

??在设置完之后，点击确定，然后再点击 OK，回到 IDE 界面，编译一下工程。然后点击下载按钮，就可以下载代码到 W601 上面了，如图所示：