硬體部分

CH32V208WBU6 評估板
WCH-LinkE 或 WCH-Link

軟體部分

本節以沁恆的FreeRTOS範例專案為例進行說明.

範例程式碼位於 CH32V20xEVT 壓縮包的 EVT/EXAM/FreeRTOS 目錄.

對應 GCC 環境的專案程式碼位於 https://github.com/IOsetting/ch32v208-template/tree/main/Examples/FreeRTOS/Task/Blink

青稞V4的手冊下載地址 https://www.wch.cn/downloads/QingKeV4_Processor_Manual_PDF.html

編譯和燒錄

這裡只介紹 GCC & Makefile 環境的編譯和燒錄. 參考上一節進行 GCC 環境的設定

修改 Makefile 中的 USE_FREERTOS 選項, 設定為USE_FREERTOS ?= y, 開啟這個選項, 在編譯時會包含 FreeRTOS 庫相關檔案
修改 Makefile 中的 AFILES := Libraries/Startup/startup_ch32v20x_D8W.S, 將其替換為 AFILES := Libraries/Startup/startup_ch32v20x_D8W_RTOS.S 後者禁用了硬體堆疊, 禁用了機器模式下的中斷, 如果不禁用, FreeRTOS 無法正常工作
清空 User 目錄, 將 FreeRTOS/Task/Blink 目錄下的檔案複製到 User 目錄, 執行 make 編譯專案
連線好 WCH-Link 和 CH32V208 評估板, 執行 make flash 燒錄

執行範例

將 PA0, PA1 分別連線到 LED1 和 LED2, 觀察兩個GPIO任務的輸出.

將評估板的串列埠輸出連線到 WCH-Link, 在PC端使用串列埠工具, 波特率115200開啟 /dev/ttyACM0 觀察兩個GPIO任務的printf輸出

執行時, 除了 LED1 間隔半秒和 LED2 間隔一秒閃爍外, 串列埠會列印以下內容(忽略其中的時間戳部分)

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

涉及的程式碼改動

中斷處理變動

CH32V20x 執行 FreeRTOS 時不支援硬體壓棧, 中斷只能使用軟體壓棧

在無系統場景時的中斷處理

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

就要換成不帶WCH-Interrupt-fast的中斷處理

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

Startup 檔案變動

在 startup 檔案中需要禁用硬體堆疊, 並在機器模式下禁用中斷,

在無系統場景時的 0x804 和 mstatus 設定

/* Enable nested and hardware stack */
li t0, 0x3
csrw 0x804, t0

/* Enable interrupt */
li t0, 0x88           
csrs mstatus, t0

就要替換為下面的設定

/* Enable nested stack, no hardware stack */
li t0, 0x2
csrw 0x804, t0

/* Machine mode, no interrupt */
li t0, 0x1800
csrs mstatus, t0

804暫存器

CSR 0x804地址對應的是 INTSYSCR, 中斷系統控制暫存器. 青稞V4手冊第13頁.

位	名稱	讀寫	描述	復位值
1	INESTEN	RW	中斷巢狀使能, 0:關閉, 1:開啟	0
0	HWSTKEN	RW	硬體壓棧使能, 0:關閉, 1:開啟	0

執行 FreeRTOS 時, 需要關閉硬體壓棧使能, 因此上面對 0x804 寫入了 0x2.

mstatus暫存器

mstatus 是機器模式狀態暫存器, 青稞V4手冊第30頁, 每一位的定義為

位	名稱	讀寫	描述	復位值
[31:15]	--
[14:13]	FS	RW	浮點單元狀態, 00:OFF, 01:Initial, 10:Clean, 11:Dirty	00
[12:11]	MPP	RW	進中斷前特權模式	00
[10:8]	--
[7]	MPIE	RW	進中斷之前中斷使能狀態	00
[6:4]	--
[3]	MIE	RW	機器模式中斷使能	00
[2:0]	--

FS
用於描述和維護浮點單元狀態, 所以該域只有在含有硬體浮點功能的青稞 V4F 微處理器上才有意義. 當其值為 0 時, 表示浮點單元為關閉狀態, 且如果此時使用浮點指令, 將觸發異常；若其值為 1 或 2, 當執行了浮點指令後, 該域會被更新為 3. 若使用者在使用 V4F 微處理器時, 不期望使用硬體浮點功能, 可在機器模式下, 手動清除該兩位, 以關閉硬體浮點並降低功耗.
MPP
用於儲存進入異常或中斷前的特權模式, 用於退出異常或中斷後的特權模式恢復
MPIE
用於儲存進入異常或中斷前的中斷使能狀態(MIE的值), 用於退出異常或中斷後中斷使能狀態恢復
MIE
全域性中斷使能位, 當進入異常或中斷時, MPIE 的值被更新為 MIE 值, 需要注意的是青稞 V4 在最後一級巢狀中斷前 MIE 不會被更新為 0, 以保證機器模式下的中斷巢狀繼續執行.
當退出異常或中斷後, 處理器恢復為 MPP 儲存的機器模式, MIE 恢復為 MPIE 儲存的使能狀態.

執行FreeRTOS時, 需要將 mstatus 設為 0x1800:

僅工作在機器模式, 把 MPP 設定為 0x11 (對應[12,11]), 使其返回後始終保持在機器模式.
在機器模式禁用中斷使能, MIE (對應[3]) 設為 0

LD 指令碼

需要增加 __freertos_irq_stack_top 錨定棧頂地址

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

執行 FreeRTOS 任務

這部分就是正常的 FreeRTOS 呼叫了

    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();

沁恆 CH32V208(五): CH32V208 執行FreeRTOS範例的說明

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