詳解Board和SoC解耦的設(shè)計思路

摘要

本文簡單介紹OpenHarmony輕量系統(tǒng)移植，Board和SoC解耦的設(shè)計思路。適合自己動手移植OpenHarmony輕量系統(tǒng)的朋友們。

開始嘗試講解一下系統(tǒng)的移植，主要是輕量系統(tǒng)，也可能會順便講下L1移植。

對應(yīng)的是 01_vendor_soc_board

1、hb編譯原理

當(dāng)我們輸入hb set命令后，會提示我們選擇要編譯構(gòu)建的工程。

那么，hb 怎么知道有哪些工程可以編譯呢？

事實上這些工程都是在vendor文件夾中的，為了驗證，我們可以在vendor中創(chuàng)建一個空的文件夾：gd，然后gd文件夾下面又創(chuàng)建了gd32f303_lianzhian文件夾。

但是這里還不夠，一個標(biāo)準(zhǔn)簡單的vendor文件夾結(jié)構(gòu)如下：

其中debug.config內(nèi)容為空即可，因為它的內(nèi)容是自動生成的，后面我們配置的內(nèi)核的時候需要用到。

這幾個文件我們可以直接復(fù)制3861的過來，然后刪去我們不需要的子系統(tǒng)，我們只需要保留如下即可：

config.json文件：

{  "product_name": "gd32f303_lianzhian",  "type": "mini",  "version": "3.0",  "device_company": "lianzhian",  "board": "gd32f303_lianzhian",  "kernel_type": "liteos_m",  "kernel_version": "",  "subsystems": [   {    "subsystem": "kernel",    "components": [     { "component": "liteos_m",      "features":[      ]     }    ]   }  ],  "third_party_dir": "",  "product_adapter_dir": ""}

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BUILD.gn文件：

group("gd32f303_lianzhian") {}

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此時，我們再去執(zhí)行hb set，就可以看到我們自己創(chuàng)建的工程了：gd32f303_lianzhian

2、設(shè)計思想

最新的master分支的代碼設(shè)計采用Board和SoC解耦的設(shè)計思路，具體可以看這個文章：

按照硬件進(jìn)行層次劃分為芯片架構(gòu)層、片上系統(tǒng)層和單板層。從下向上依次進(jìn)行包含關(guān)系，例如：

（1）架構(gòu)

ARMv7E-M架構(gòu)具有ARM Cortex-M4, ARM Cortex-M7等CPU實現(xiàn)。

（2）芯片系列

ARM Cortex-M4 CPU對應(yīng)的SoC Family有STmicro STM32、NXP i.MX等，反過來，如圖SoC Family 2跨越CPU1和CPU2，意味著一個SoC Family可以包含多個CPU實現(xiàn)，例如STMicro STM32可以包含Cortex-M0、Cortex-M4等CPU，又例如復(fù)雜的STM32MP157 SoC包含兩個Cortex-A7 CPU核與一個Cortex-M4 CPU核，對于異構(gòu)多核SoC，需要通過OpenAMP來進(jìn)行分解成多個同構(gòu)多核的部分。

（3）芯片與開發(fā)板對應(yīng)關(guān)系

STM32 SoC Family有STM32F4、STM32G4等SoC Series。

STM32F4 SoC Series 有 STM32F401、STM32F429等SoC。

STM32F429 SoC 有 野火STM32F429挑戰(zhàn)者開發(fā)板、正點原子stm32f429阿波羅開發(fā)板等。

如圖Board 5上面還有一個shields，意味著一個Board可以通過增加擴(kuò)展板的形式來提供更強(qiáng)的功能。例如，單板可以利用串口通信外接Hi3861模組，以提供WLAN能力。

基于硬件結(jié)構(gòu)劃分層次圖，OpenHarmony頂層目錄結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

3、board配置

1）創(chuàng)建 board文件夾

當(dāng)我們輸入hb set命令后，我們選擇 gd32f303_lianzhian 可以看到會提示報錯：我們需要創(chuàng)建該文件夾：device/board/lianzhian，為啥是lianzhian ？

因為我們在vendor中的config.json中指定了device_company 設(shè)備廠家是lianzhian，大家可以回頭看看，標(biāo)準(zhǔn)的board文件夾目錄結(jié)構(gòu)如下：

2）Kconfig配置文件

我們可以在kernel/liteos_m內(nèi)核目錄下執(zhí)行make menuconfig進(jìn)行圖形化配置，Makefile文件會遍歷board下的所有Kconfig文件，所以我們需要添加對應(yīng)的Kconfig文件。

這里內(nèi)核是分層設(shè)計的，即廠商配置和具體開發(fā)板分開，一個廠商下面可以有多個開發(fā)板。

例如我們現(xiàn)在移植的設(shè)備廠商是是lianzhian，那么lianzhian是廠商文件夾，lianzhian下面有Kconfig，主要是廠商級別的配置。

然后lianzhian下面可以有多個開發(fā)板，我們這里只寫了gd32f303_lianzhian開發(fā)板。同樣gd32f303_lianzhian文件夾下面也有Kconfig配置文件。

3）廠商Kconfig配置文件

我們先看下lianzhian廠商的Kconfig文件

（1）Kconfig.liteos_m.boards 文件內(nèi)容：

orsource "*/Kconfig.liteos_m.board"

可以看到很簡單，事實上它就是簡單的把當(dāng)前目錄下的所有文件夾下的Kconfig.liteos_m.board文件都導(dǎo)入進(jìn)來。

（2）Kconfig.liteos_m.defconfig.boards文件

orsource "*/Kconfig.liteos_m.defconfig.board"

同樣把當(dāng)前目錄下的所有文件夾下的Kconfig.liteos_m.defconfig.board文件都導(dǎo)入進(jìn)來。

（3）Kconfig.liteos_m.shields 文件

這里我們暫時不需要，可以內(nèi)容為空

4）具體開發(fā)板的Kconfig配置文件

我們先看下gd32f303_lianzhian廠商的Kconfig文件。

（1）Kconfig.liteos_m.board文件：

需要配置選擇該單板的選項，以及它依賴的SoC

config BOARD_GD32F303_LIANZHIAN  bool "select board gd32f303 lianzhian"  depends on SOC_GD32F303    #只有當(dāng)我們芯片型號選擇為GD32F303時才可見

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這里是增加一個配置選項，即后面我們可以在make menuconfig中看到"select board gd32f303 lianzhian"配置項。

（2）Kconfig.liteos_m.defconfig.board 文件

需要配置選擇該單板后，默認(rèn)定義 BOARD 的名字，該文件我們可以留空，也可以如下配置：

if BOARD_GD32F303_LIANZHIANconfig BOARD  string  default "gd32f303_lianzhian"
endif #BOARD_GD32F303_LIANZHIAN

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（3）gd32f303_lianzhian_defconfig 文件

內(nèi)容為：

LOSCFG_BOARD_GD32F303_LIANZHIAN=yLOSCFG_SOC_SERIES_GD32F303=yLOSCFG_SOC_GD32F303ZET6=y

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這里表示我們選中的板卡、SOC、SOC具體子型號系列等。

5）config.gni配置文件

liteos_m文件夾下的config.gni文件是用來進(jìn)行內(nèi)核配置的

該文件內(nèi)容如下：

# Copyright (C) 2020 Hisilicon (Shanghai) Technologies Co., Ltd. All rights reserved.
# 選擇內(nèi)核類型, e.g. "linux", "liteos_a", "liteos_m".kernel_type = "liteos_m"
# 內(nèi)核版本，留空即可.kernel_version = ""
# 芯片架構(gòu), e.g. "cortex-a7", "riscv32".board_cpu = "cortex-m4"
# 這里一般不用謝, e.g. "armv7-a", "rv32imac".board_arch = ""
# Toolchain name used for system compiling.# E.g. gcc-arm-none-eabi, arm-linux-harmonyeabi-gcc, ohos-clang, riscv32-unknown-elf.# Note: The default toolchain is "ohos-clang". It's not mandatory if you use the default toolchain.# 交叉編譯器名稱board_toolchain = "arm-none-eabi-gcc"
# The toolchain path instalLED, it's not mandatory if you have added toolchain path to your ~/.bashrc.# 這里一般可以不寫board_toolchain_path = ""
# 交叉編譯器Compiler prefix.board_toolchain_prefix = "arm-none-eabi-"
# 編譯器類型 Compiler type, "gcc" or "clang".board_toolchain_type = "gcc"
# 編譯選項Board related common compile flags.board_cflags = [ "-mcpu=cortex-m4", "-mfpu=fpv4-sp-d16", "-mfloat-abi=hard", "-mthumb", "-Og", # "-g", #"-Wall", "-fdata-sections", "-ffunction-sections", # 注意，這里我們需要定義GD32F30X_HD宏 "-DGD32F30X_HD", # 我們需要浮點數(shù)計算 "-D__FPU_PRESENT",]board_cxx_flags = board_cflagsboard_ld_flags = []
# 頭文件路徑，一般需要soc相關(guān) Board related headfiles search path.board_include_dirs = [ "${ohos_root_path}device/soc/gd32/gd32f303/liteos_m", "${ohos_root_path}device/soc/gd32/CMSIS", "${ohos_root_path}device/soc/gd32/CMSIS/GD/GD32F30x/Include", "${ohos_root_path}device/soc/gd32/gd32f303/GD32F3XX_Driver/Inc", "${ohos_root_path}device/soc/gd32/gd32f303", "${ohos_root_path}utils/native/lite/include", "${ohos_root_path}kernel/liteos_m/components/cpup", "${ohos_root_path}kernel/liteos_m/components/exchook", ]
# 開發(fā)板用到哪個soc Board adapter dir for OHOS components.board_adapter_dir = "${ohos_root_path}device/soc/gd32"
# Sysroot path.board_configed_sysroot = ""
# Board storage type, it used for file system generation.storage_type = ""

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4、SOC配置

1）創(chuàng)建 SOC文件夾

我們進(jìn)入到device/soc文件夾，創(chuàng)建 gd32文件夾，gd32文件夾內(nèi)容如下：

其中GD32官方標(biāo)準(zhǔn)庫文件和CMSIS都可以在GD官網(wǎng)下載到，而且不需要我們修改編寫，故而本節(jié)不會講其中的內(nèi)容，重點放在Kconfig配置文件中。

同樣，soc也是分為芯片廠家的Kconfig 和具體芯片信號的Kconfig，gd32是芯片廠家，gd32f303只是其中的一款型號而已。

2）gd32芯片廠家Kconfig配置文件

（1）先看Kconfig.liteos_m.soc文件

config SOC_COMPANY_GD32  bool
if SOC_COMPANY_GD32config SOC_COMPANY  default "gd32"
rsource "*/Kconfig.liteos_m.soc"endif # SOC_COMPANY_GD32

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這里很簡單，就是配置我們的芯片廠商默認(rèn)為 gd32，之后導(dǎo)入所有文件夾的 Kconfig.liteos_m.soc 配置文件。

（2）Kconfig.liteos_m.series文件

這個文件就比較簡單了，導(dǎo)入所有文件夾的 Kconfig.liteos_m.series 配置文件

rsource "*/Kconfig.liteos_m.series"

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（3）Kconfig.liteos_m.defconfig

同樣，導(dǎo)入所有文件夾的Kconfig.liteos_m.defconfig

rsource "*/Kconfig.liteos_m.defconfig.series"

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3）gd32F303芯片的Kconfig配置文件

我們來看看具體的芯片型號gd32f303的配置文件吧

（1）Kconfig.liteos_m.series文件

需要配置芯片系列，以及它的芯片架構(gòu)等信息，內(nèi)容：

config SOC_SERIES_GD32F303  bool "GD32F303 chip"  select ARM  select SOC_COMPANY_GD32  select CPU_CORTEX_M4  help    Enable support for GD32F303

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這個是芯片系列的選擇，我們的芯片系列是GD32F303，架構(gòu)是ARM、CORTEX_M4 芯片廠家是 SOC_COMPANY_GD32，這個在上一級gd32的Kconfig配置文件中有定義。

（2）Kconfig.liteos_m.soc文件

需要配置芯片系列有多少個型號的芯片。內(nèi)容：

choice  prompt "GD32F303 series SoC"  depends on SOC_SERIES_GD32F303 #只有選擇了芯片系列SOC_SERIES_GD32F303后才會出現(xiàn)如下選項
config SOC_GD32F303ZET6  #增加一個SOC_GD32F303ZET6選項，我們現(xiàn)在只有GD32F303ZET6，后面可以還有GD32F303RCT6等。  bool "SoC GD32F303ZET6"
endchoice

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（3）Kconfig.liteos_m.defconfig.series 文件

選擇芯片系列后默認(rèn)的配置，內(nèi)容：

if SOC_SERIES_GD32F303
rsource "Kconfig.liteos_m.defconfig.gd32f303"
config SOC_SERIES  string  default "gd32f303"
config NUM_IRQS #中斷數(shù)量，跟具體芯片相關(guān)  int  default 90
config SYS_CLOCK_HW_CYCLES_PER_SEC #時鐘周期，GD32F303是120MHz  int  default 120000000
endif

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（4）Kconfig.liteos_m.defconfig.gd32f303 文件

Gd32f303的配置，內(nèi)容比較簡單：

config SOC  string  default "gd32f303zet6"  depends on SOC_GD32F303ZET6

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默認(rèn)是gd32f303zet6，至此我們的soc的kconfig配置基本完成。

4）內(nèi)核配置頭文件

還有一個比較重要的內(nèi)核配置頭文件，target_config.h。這個大家可以直接復(fù)制我的就行，主要是內(nèi)核功能配置相關(guān)。

其中有一個比較重要的配置項：

/** * @ingroup los_config * Memory size */#define LOSCFG_SYS_HEAP_SIZE                (60*1024)

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這個是配置內(nèi)核的堆棧大小，這里可以根據(jù)自己芯片的內(nèi)存大小來定，GD32F303內(nèi)存是64KB，這里我用60k即可。

5、make menuconfig配置

完成上面移植內(nèi)容后，接下來，我們就可以進(jìn)行menuconfig配置了。

注意，這里我們需要先執(zhí)行一次hb set選擇我們的開發(fā)板gd32f303_lianzhian。我們進(jìn)入 kernel/liteos_m 文件夾執(zhí)行 make menuconfig

進(jìn)入Platform，我們選擇gd32f303芯片、gd32f303_lianzhian開發(fā)板，如下：

退出保存。結(jié)果將自動保$(PRODUCT_PATH)/kernel_configs/debug.config

6、gn編譯

在上一步Kconfig的圖形化配置后，將其生成的配置結(jié)果可以作為gn編譯的輸入，以控制不同模塊是否編譯。另外為了解決之前gn編寫時，隨意include的問題，內(nèi)核編譯做了模塊化編譯的設(shè)計，使得整個編譯邏輯更加清晰。

我們需要編寫device/board/lianzhian 和 device/soc/gd32兩個文件夾下的BUILD.gn。

這幾個BUILD.gn文件比較簡單，都是模塊化編譯，大家可以直接參考我的。

7、開始編譯

配置完BUILD.gn后，我們就可以開始執(zhí)行hb build -f編譯了。可以看到已經(jīng)能編譯過一大半了：

我們今天的目標(biāo)就是要能讓編譯系統(tǒng)能開始編譯我們的開發(fā)板一步一腳印，接下來我們將繼續(xù)開始移植，接下來將配置libc庫、系統(tǒng)啟動、main函數(shù)、鏈接腳本，直到編譯通過并且在開發(fā)板中成功運行~

本節(jié)Board和SoC解耦的設(shè)計思路就分享到這里了，下一篇我們給大家分享：Board、SOC、架構(gòu)與代碼對應(yīng)關(guān)系，歡迎大家持續(xù)關(guān)注哦~

原文標(biāo)題：從零移植OpenHarmony輕量系統(tǒng)【2】Board和SoC解耦的設(shè)計思路