OpenHarmony LiteOS指令集移植指南（C-SKY)

C-SKY指令集體系結構(ISA)是指第二代獨立的指令集體系結構CK-Core系列知識產權指令集體系結構。CSKY ISA具有高性能、高代碼密度、低功耗和可擴展性等特點。

SmartL_E802采用C-SKY V2自主指令架構的E802處理器，是平頭哥半導體有限公司自主研發的低功耗、低成本嵌入式CPU核。其中，SmartL平臺是用于E801/E802/E803S/E804/E805/E902/E906/E907集成和調試仿真的綜合演示平臺。

本文介紹在OpenHarmony社區LiteOS-M項目中新增C-SKY指令集的開發流程，以及適配相應qemu工程的方法和步驟，供LiteOS內核相關開發者學習交流。

環境搭建

SmartL_E802需要使用官方提供的csky編譯器和qemu工程，以下介紹安裝步驟。

編譯工具鏈安裝

? 獲取csky-elfabiv2編譯器

$ 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

? 將編譯工具鏈新增到環境變量

打開~/.bashrc文件

$ vim ~/.bashrc

在末尾加入如下命令行并保存

export PATH=$PATH:用戶自定義路徑/csky_toolchain/bin

使環境變量生效

$ source ~/.bashrc

qemu安裝

? 獲取qemu軟件

$ 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

? 將qemu加入環境變量(user_qemu_xxx_path修改為自己的安裝路徑)

打開~/.bashrc文件

$ vim ~/.bashrc

在末尾加入如下命令行并保存

e export PATH=$PATH:用戶自定義路徑/csky-qemu/bin

使環境變量生效

$ source ~/.bashrc

? 安裝依賴

使用ldd指令查看缺少的依賴庫文件并下載。

$ ldd qemu_installation_path/bin/qemu-system-cskyv2

注：更詳細的安裝指導，請參考官方指南：https://occ.thead.cn/community/download?id=636946310057951232

碼源獲取

源碼獲取教程請參考：https://gitee.com/openharmony/docs/blob/master/zh-cn/device-dev/get-code/sourcecode-acquire.md

移植

移植過程按照已實現的riscv的qemu開發板目錄結構新增csky的qemu的目錄結構，并在kernel、device和vendor中實現csky指令集及開發板相關代碼。

新增目錄結構

分別在device、vendor和kernel創建SmartL_E802開發板所需文件。

? 在device/qemu目錄下創建SmartL_E802文件夾，并在該文件夾中新增如下內容:

hals/

硬件適配層

hdf_config/

HDF驅動框架配置文件

drivers/

驅動目錄

libc/

基礎libc庫

fs/

fs 配置

test/

測試樣例

liteos_m/

與liteos_m內核相關的配置

main.c

主程序文件

liteos.ld

當前開發板工程的鏈接文件

startup.S

芯片啟動文件

target_config.h

系統和組件宏配置文件

BUILD.gn

當前開發板的BUILD.gn文件

README_zh.md

中文使用手冊

README.md

英文使用手冊

表1 SmartL_E802文件夾目錄

? 在vendor/ohemu目錄下創建qemu_csky_mini_system_demo文件夾，并在該文件夾中新增如下內容:

hals/

硬件適配層

qemu_run.sh

Qemu運行腳本

config.json

組件配置文件

BUILD.gn

當前配置文件的BUILD.gn文件

LICENSE

代碼許可文件

表2 開發板文件夾目錄

? 在kernel/liteos_m/kernel/arch目錄下創建csky文件夾，并在該文件夾中新增如下內容:

v2/

cksy-v2架構代碼目錄

表3 csky文件夾目錄

修改kernel代碼

在kernel/liteos_m/kernel/arch下創建csky文件夾，并完成以下步驟。

? 新增csky架構的選項

在kernel/BUILD.gn下新增對csky架構的選擇：

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

? 編寫架構代碼

在kernel/liteos_m/kernel/arch中編寫架構代碼。

a.編寫異常文件-los_exc.S

將前32位異常統一入口為HandleEntry，在HandleEntry函數中保存當前棧 和異常地址并傳參給HalExcHandleEntry函數。該函數將會通過中斷號、g_newTask的值和入參判斷異常發生時所處位置類型（初始化、任務、中斷），并調用OsExcInfoDisplay函數輸出內存檢測結果、函數調用棧回溯結果、任務描述塊信息、異常類型及原因和異常時寄存器狀態。

表4 異常向量分配

（圖片來源：平頭哥玄鐵E802用戶手冊）

b.編寫調度代碼-los_dispatch.S

在los_dispatch.S中編寫HalStartToRun函數和HalTaskContextSwitch函數，通過保存及恢復R0~R15、epc、epsr和psr幾個寄存器，實現任務的上下文切換。在los_context.c中適配系統邏輯，編寫任務棧初始化函數并在該文件中調用調度函數。

表5 通用寄存器

（圖片來源：平頭哥玄鐵E802用戶手冊）

c.編寫系統中斷文件-los_interrupt.c

將VIC中斷地址VIC_REG_BASE并轉換成結構體，按手冊描述編寫中斷的優先級，屏蔽、使能和清除功能。使用相關中斷匯編指令實現中斷開關，讀取中斷號等功能。

表6 緊耦合IP的內存地址分配

（圖片來源：平頭哥玄鐵E802用戶手冊）

d.編寫定時器文件-los_timer.c

取定時器地址CORE_TIM_BASE并轉換成對應的地址結構體，按手冊編寫控制和重載等功能。適配系統獲取cycle等接口。

表7 系統計時器寄存器定義

（圖片來源：平頭哥玄鐵E802用戶手冊）

e.在kernel/arch/csky/v2/gcc/BUILD.gn中添加所編寫的文件

static_library("arch") { …(加入需要編譯鏈接的文件) }

? 編寫csky架構的backtrace

a.在components/backtrace中增加csky架構的backtrace的相關代碼。通過棧回溯找到函數調用過程中的lr地址并保存，最后在OsExcInfoDisplay中輸出，為用戶分析異常原因提供參考。

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

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

注：架構相關內容詳情請查看平頭哥玄鐵E802用戶手冊。

修改device代碼

在device/qemu下新增SmartL_E802文件夾，并完成以下步驟。

? 移植SDK中代碼到device目錄下

a.將SmartL_E802 SDK驅動代碼整理拷貝到driver目錄內，并編寫BUILD.gn文件編譯驅動代碼。

b.參考SDK中的gcc_csky.ld中寄存器配置修改liteos.ld文件，分配代碼到指定區間。

{ 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.參考SDK中的startup.S文件，刪除vector定義并編寫中斷總入口

.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

? 編寫串口驅動

參考SDK中串口demo和printf實現邏輯，編寫dprintf.c/.h并在main.c中調用串口初始化。

? 適配文件系統

參考LiteOS代碼，將fs適配層文件移植到SmartL_E802中。

? 編寫config.gni文件

參考device/qemu/riscv32_virt中config.gni 的格式，再參考SDK中的編譯選項和需要對外調用的接口，在liteos_m文件夾下編寫config.gni文件。

? 編寫test測試代碼

參考device/qemu/riscv32_virt編寫測試代碼。

? 編寫BUILD.gn文件

編寫BUILD.gn文件，將fs適配層，driver開發板驅動代碼等編譯出來的靜態庫合成liteos可執行文件。

? 編寫README.md

在SmartL_E802文件夾下編寫中英文用戶指南：README_zh.md及README.md，并修改device/qemu目錄下的中英文文檔，新增對csky開發板的介紹。

修改vendor代碼

在vendor/ohemu下創建qemu_csky_mini_system_demo文件夾，并完成以下步驟。

? 拷貝hals/utils文件夾

參考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo，在qemu_csky_mini_system_demo文件夾下新增hals/utils文件夾。

? 編寫BUILD.gn文件

參考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo，編寫BUILD.gn文件并增加./qemu-run腳本的使用。

? 修改config.json文件

參考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo，將其中riscv內容修改為csky相關內容。

? 編寫qemu_run.sh腳本

使用./qemu-run對應的架構腳本，參考vendor/ohemu/qemu_riscv32_mini_system_demo和平頭哥官方提供的qemu使用手冊（https://occ.t-head.cn/community/download?id=636946310057951232）編寫該腳本。

編譯運行

編譯

? 執行hb set命令并選擇項目qemu_csky_mini_system_demo；

? 執行hb clean && hb build命令構建產生 liteos 可執行文件。

$ hb set $ hb clean && hb build

在Qemu中運行鏡像

? 啟動qemu（不配合GDB）

$ ./qemu-run

? 啟動qemu(配合GDB)

a.啟動GDB服務器，等待連接

$ ./qemu-run -g

b.新建終端并使用GDB連接qemu

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

注：

1.默認使用帶符號表的elf文件;

2.qemu退出方式為：按下ctrl加a鍵，然后松開再按下x鍵。

qemu運行結果關鍵日志如下：

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...

本次移植適配的相關源代碼路徑為：

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

結語

未來我們還會持續新增更多組件、開發板、架構、特性等。

感謝您的閱讀，有任何問題、建議，都可以留言給我們，讓我們一起進步：

https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/issues

為了更容易找到“LiteOS”代碼倉，建議訪問https://gitee.com/LiteOS/LiteOS，關注“ Watch”、“Star”、并“Fork”到自己賬號下，如圖所示。

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