移植OpenHarmony 3.0到ARM单片机_鸿蒙轻量版单片机开发

9月30日，OpenHarmony 3.0 LTS版本发布。
本文将介绍如何移植OpenHarmony 3.0到星空派开发板上。

1. 星空派开发板介绍

星空派（GD）开发板是由旗点科技推出的一款GD32开发板，板载GD32F303ZET6芯片，可直接替代STM32F103和GD32F103系列。
支持WiFi、4G、loRa等物联通信接口。板载Flash、eeprom等，支持3.2寸的TFT - LCD屏幕。所有IO口均引出，可完整地进行外设开发，包括：JTAG、RTC、I2C、UART、SPI、SDIO、EXMC、DAC、ADC、USB、TFT-LCD等。

2. ARM芯片移植轻量系统基础知识

在做芯片移植工作之前，我们需要掌握一点点基础知识。

（1）适配LiteOS-M轻量系统

GD32F303系列器件是基于Arm® Cortex®-M4处理器的32位通用微控制器。所以我们使用的是内核是LiteOS-M，对应的是OpenHarmony轻量系统。
事实上，OpenHarmony已经做好了Cortex®-M4 核相关的通用移植工作，具体代码可以查看文件夹：“kernel\liteos_m\kernel\arch\arm”

可以看到目前已经支持了cortex-m4核。所以内核移植工作基本不需要，减少了我们很多工作量，但是我们仍然需要移植GD32F303芯片相关的。

（2）哈佛架构

GD32F303采用的是哈佛架构，哈佛架构的特点是代码指令和数据分开存储。对于GD32F303而言，代码是存放在片内flash上，地址是0x8000000。
数据（也就是代码中用到的各种变量、内存等）是存放在芯片内部内存RAM上，地址是0x20000000，总共64K，即0x10000。

（3）编译结果分析

对于GD32F303而言，编译出来的固件一般是bin格式、或者hex格式。通常编译最后的结果会产生4种不同的内容，有时我们也称为4段：
1）code：即程序代码部分，该内容由所有程序指令组成，也是代码运行的主体，通常是要烧录到GD32F303片内flash上。
2）RO-data：只读数据段，例如我们在程序中所定义的全局常量数据和字符串都位于此处。由于这些数据都是只读，不会改变的，那这些只读的全局就没必要放到内存种，可以直接放到flash中，可以节省内存。
3）RW-data：已初始化的读写数据，程序中定义并且初始化的全局变量和静态变量位于此处。由于内存刚上电后，内存上的数据是未知，所以我们需要事先把这些全局变量、静态变量的初始值先存放到flash中，然后上电后，由CPU将flash中的初始值赋予到内存中的变量中。
4）ZI-data：未初始化的全局变量或者初始化为0的全局变量，这些变量默认都是0，我们只需要CPU上电后，将这些内存都清零即可。

由上我们可以的出来2个结论：
1）我们编译出来的固件要烧录到GD32F303的片内flash，需要由3段数据：code、RO-data、RW-data

2）芯片上电后，GD32F303需要将RW-data的内容复制到内存对应位置，从而保证初始化的全局变量和静态变量的值正确；还要对内存中的ZI-data段进行清零操作，最后才能执行main函数。

（4）程序如何启动

对于ARM Cortex-M系列的芯片而言，当芯片上电后，ARM核会将地址为0x8000000的数据映射到0地址，然后从0地址开始读取程序指令。
而0x8000000地址是芯片内部flash的起始地址。也就是编译生成的固件最终要烧录到的地址。所以我们的固件前面的代码非常重要，它是我们芯片启动后执行的第一条指令。

（5）中断向量表

对于ARM Cortex-M系列的芯片而言，0x8000000地址第一个字节是栈指针，由于栈是从高往下增长的，所以该栈指向芯片最大内存处即可。
接下来从0x8000000的第2个字节开始是中断向量表，存放着所有中断处理函数指针。前面16个是内核中断，其中第一个中断指针存放的是Reset_Handler复位中断处理函数。芯片一上电、或者复位，都会先从该中断函数开始运行，所以这个函数是我们最重要的，我们需要在该函数中完成RW-data、ZI-data数据的操作，同时初始化好芯片时钟、最后进入main函数。

3. 移植GD32F303芯片到OpenHarmony3.0

这里提供移植好的相关代码，下载链接：
https://gitee.com/qidiyun/gd32-f303-for-open-harmony-3.0

（1）先按官网教程搭建好Ubuntu下的开发环境。

下载arm交叉编译器：
git clone https://gitee.com/harylee/gcc-arm-none-eabi-10-2020-q4-major.git ，将交叉编译器环境变量bin目录配置到.bashrc文件中或者配置device/st/stm32l4r9i_disco/liteos_m/config.gni文件中board_toolchain_path宏为交叉编译器bin路径。

（2）下载上方移植好的代码，文件夹如下：

将device文件夹下的gd文件夹复制到OpenHarmony3.0代码的device文件夹下
将vendor文件夹下的gd文件夹复制到OpenHarmony3.0代码的vendor文件夹下
复制后，OpenHarmony3.0的device文件夹内容如下：

OpenHarmony3.0的vendor文件夹内容如下：

（3）编译

进入OpenHarmony3.0源码根目录，输入 hb set 可以看到由gd32f303_qidian的编译选项。选择。

输入 hb build -f开始全编译：

有看到 [OHOS INFO] gd32f303_qidian build success 表示编译成功。
编译完成后，可以在“out\gd32f303_qidian\gd32f303_qidian”文件夹下看到编译结果，其中“gd32f303_qidian_ninjia.hex”就是可以直接烧录到开发板的固件。

4. vendor文件夹

该文件下最重要的文件是“config.json”

内如如下，主要是配置相关组件：

4. device代码
（1）device文件夹：
该文件夹下是星空派开发板的重要代码部分，其中就有启动文件、main函数、中断处理等。

由于移植内容较长，本文重点介绍启动文件、链接脚本。

（1）启动文件

启动文件startup_gd32f30x.s 。最重要的是将RW-data的内容复制到内存对应位置，从而保证初始化的全局变量和静态变量的值正确；还要对内存中的ZI-data段进行清零操作，最后才能执行main函数。
代码都是汇编，参考自st和gd相关启动文件，重要代码如下：

（2）链接脚本

链接脚本是“gd32f30x_qidian.ld”，用于指定code、RO-data、RW-data、ZI-data如何分布。
首先指定内存地址为0x20000000，大小为64K、
片上flash地址为：0x8000000，大小为512K
这里跟芯片相关，需要正确修改，否则可能起不来。

这里跟芯片相关，需要正确修改，否则可能起不来。

（3）固件生成规则。

同时链接脚本也指定了固件的生成规则：

这里只截取了部分，可以看到生成的固件最开始存放的isr_vector，这个是中断向量表，在启动文件中定义：

接下来就是text，也就是代码段
还有rodata，只读数据段。
后面还有其它定义，我们下一篇再细节。
至此我们的启动文件、链接脚本中比较关键的部分已经说明完。

5. liteos-m内核配置

进入“device\gd\gd32f303_qidian\liteos_m”文件夹，可以看到有这个文件“config.gni”
该文件用于配置 liteos-m内核。
其中比较重要部分是指定我们的处理器架构和交叉编译工具链，如下：

我们使用的交叉编译工具链是 “arm-none-eabi-”
下面还配置了相关宏定义和gd标准库头文件路径，需要大家修改。

好了~~~，初步移植要点讲完了，下一篇文章讲openharmony内核配置文件、main函数启动后如何进入鸿蒙轻量内核~~。