笔者有空学习了GD32的RSICV芯片，故来总结一下。
GD32 RISCV芯片系列
GD：GidaDeivce，兆易创新，生产的MCU的内核架构系列如下图所述，主要是ARM架构的，Cortex-M23、M3、M4、M33以及M7，然后也涉及到了RISC-V架构的，笔者今天就来聊一下RISCV架构的MCU产品。
GD32的RISC-V的芯片类型主要有以下几种：
特点如下：
GD32VF103系列MCU采用了全新的基于开源指令集架构RISC-V的Bumblebee处理器内核，是兆易创新(Gigadevice)携手中国领先的RISC-V处理器内核IP和解决方案厂商芯来科技(Nuclei System Technology)，面向物联网及其它超低功耗场景应用自主联合开发的一款商用RISC-V处理器内核。
- GD32VF103系列RISC-V MCU提供了108MHz的运算主频，
- 16KB到128KB的片上闪存和6KB到32KB的SRAM缓存，
- gFlash®专利技术支持内核访问闪存高速零等待。
- Bumblebee内核还内置了单周期硬件乘法器、硬件除法器和加速单元应对高级运算和数据处理的挑战。
GD32 RISCV VF103芯片
来具体看一下VF103 芯片的一些特点：RISC-V处理器适用于低能耗、小面积的嵌入式应用，具有简单的动态分支预测、指令预取缓冲区 和 本 地 内 存 等 多 种 高 效 微 架 构 特 点 。它支持32个通用寄存器(GPRs)和用于性能/面积权衡的快速乘法器：
- RISC-V兼容小端RV32 IMAC（32 GPRS） ；
- 可配置的2级管道，针对低门数和高频率进行了优化；
- 机器（M）和用户（U）权限级别支持；
- 支持单周期硬件乘法器和多周期硬件除法器；
- 硬件支持加载/存储未对齐；
- 硬件支持原子指令；
- 支持不可屏蔽中断（NMI） ；
- 动态分支预测和指令预取缓冲器用于加速控制代码；
- 目前最先进的微架构设计以权衡面积和性能要求；
- 支持WFI（等待中断） ；
- WFE（等待事件）支持；
- 中断优先级可配置/可编程；
- 适用于实时性能的增强矢量中断处理；
- 支持中断优先抢占；
- 支持咬尾中断；
- 标准4线JTAG调试端口；
- 支持交互式调试功能；
- 支持4个硬件断点触发器
具体架构如下图：
ICode和DCode用来访问Flash的数据，系统总线通过AHB矩阵访问，SRAM、AHB、APB1和APB2总线。 - DMA可以通过AHB矩阵访问memory，可以做内存拷贝。
- AHB挂载一些高速外设：FMC、USB_FS、CRC以及RCU
- APB2挂载一些次高速外设：GPIO、USART0，SPI0、Timer0，EXIT以及ADC0和1
- APB1挂载一些低俗外设：USART1和2，UART2和UART3，CAN0/1、RTC、TIMER1-6等等
- ECLIC：中断控制器，外设的中断可以到这里。
memory map位置：与GD32其他系列类似：
- Flash位置：0x08000000
- SRAM位置：0x20000000
- 外设地址：0x40000000开始
启动boot设置也一样：
接着有两个地址可以读一些Flash以及Device id的信息。 - 0x1FFF F7E0：Flash以及SRAM大小
- 0x1FFF F7E8：device ID信息（96位）
Flash通过FMC去操作，从上图的架构图也可以看出，主要写和擦，读可以直接通过memory map的方式，以1KB为一个page。
接着介绍一下时钟：与GD32其他芯片类似，与STM32的时钟图也类似，这列不多介绍。
GD32 RISCV VF103中断机制
这个中断机制属于芯片架构内部的部分，需要介绍一下。采用ECLIC中断模式，改进型内核中断控制器（Enhanced Core Local Interrupt
Controller， ECLIC）。
中断类型：
其支持外部中断和内部中断。
- 外部中断主要是外设比如UART、Timer的一些中断。
- 内部中断主要是软件中断以及定时器中断。
中断屏蔽、中断级别、 优先级与仲裁
根据中断级别（Level）和中断优先级（Priority）进行确定。，两种级别的位数可以通过先关的寄存器确定。
- 中断级别（level）决定了中断是否可以嵌套，
- 中断优先级（priority）以及中断ID 会进行中断裁决，不参与中断嵌套的抉择。
- 中断阈值也可以设置。裁决出的中断高于阈值才会被CPU响应。
- 前提条件是，中断被使能，且中断已经产生了，才可以参与裁决。
中断ID编码如下：
中断处理模式
支持向量模式以及非向量模式。
- 向量模式：中断向量表，CPU根据中断ID和偏移直接 去中断向量基地址去拿地址，然后跳到中断地址（即中断函数）去执行。主要需要加关键字__attribute__（（interrupt））），编译器可以加一些上下文保护。
- 非向量模式：即不是直接跳到中断函数地址，而是跳到统一的函数入口，然后再跳到对应的中断函数。
向量模式下的处理流程：
如果需要处理中断嵌套，则需要在中断开始加入处理，因为进入中断前，全局中断已经关闭。
中断向量模式的设置，通过clicintattr[i]的比特域
//sets vector-mode or non-vector mode
void eclic_set_vmode(unsigned int source) {
//read the current attr
unsigned char old_intattr = eclic_get_intattr(source);
// Keep other bits unchanged and only set the LSB bit
unsigned char new_intattr = (old_intattr | 0x1);
eclic_set_intattr(source,new_intattr);
}
void eclic_set_nonvmode(unsigned int source) {
//read the current attr
unsigned char old_intattr = eclic_get_intattr(source);
// Keep other bits unchanged and only clear the LSB bit
unsigned char new_intattr = (old_intattr & (~0x1));
eclic_set_intattr(source,new_intattr);
}
- mepc：保存进入异常之前，处理器正在执行的PC值。
- mcause：进入中断异常之前原因。
- mtval：进入异常之前的出错编码值 或者存储器的地址
- msubm：内核自定义寄存器，进入异常之前的异常类型。
- mtvec：异常处理入口，低6位，作为中断模式的选择
- mtvt：中断向量基地址
非向量模式：
- mtvt2 如果最低位为0，则和异常共用一个函数入口
- 最低位如果为1，则通过mtvt2 指定单独的中断函数入口
- 公共函数入口，首先保存 CSR 寄存器 mepc、 mcause、 msubm 入堆栈。保存这几个 CSR 寄存器是为了保证后续的中断嵌套能够功能正确，因为新的中断响应会重新覆盖 mepc、 mcause、 msubm的值，因此需要将它们先保存入堆栈。
- 保存若干通用寄存器（处理器的上下文）入堆栈。
- 然后执行一条特殊的指令“csrrw ra， CSR_JALMNXTI， ra”。如果没有中断在等待（Pending），则该指令相当于是个 Nop 指令不做任何操作；如果有中断在等待（Pending），执行该指令后处理器会：
- 直接跳入该中断的向量入口（Vector Table Entry）存储的目标地址，即该中断源的中断服务程序（Interrupt Service Routine， ISR）中去。
- 在跳入中断服务程序的同时，硬件也会同时打开中断的全局使能，即，设置 mstatus寄存器的 MIE 域为 1。打开中断全局使能后，新的中断便可以被响应，从而达到中断嵌套的效果。
- 在跳入中断服务程序的同时，“csrrw ra， CSR_JALMNXTI， ra”指令还会达到 JAL（Jump and Link）的效果，硬件同时更新 Link 寄存器的值为该指令的 PC 自身作为函数调用的返回地址。因此，从中断服务程序函数返回后会回到该“csrrw ra，CSR_JALMNXTI， ra”指令重新执行，重新判断是否还有中断在等待（Pending），从而达到中断咬尾的效果。
- 在中断服务程序的结尾处同样需要添加对应的恢复上下文出栈操作。并且在 CSR 寄存器 mepc、mcause、msubm 出堆栈之前，需要将中断全局使能再次关闭，以保证 mepc、mcause、 msubm 恢复操作的原子性（不被新的中断所打断）
中断咬尾：背靠背的恢复现场和保存现场。
GD32 RISCV VF103芯片例程学习
流水灯
#define LED_RED_ON() gpio_bit_reset(GPIOC, GPIO_PIN_13)
#define LED_BLUE_ON() gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_2)
#define LED_GREEN_ON() gpio_bit_reset(GPIOA, GPIO_PIN_1)
#define LED_RED_OFF() gpio_bit_set(GPIOC, GPIO_PIN_13)
#define LED_GREEN_OFF() gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_1)
#define LED_BLUE_OFF() gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_2)
void GPIO_Init(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); //打开GPIOA时钟
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC); //打开GPIOA时钟
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_PIN_1);
gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_PIN_2);
gpio_init(GPIOC, GPIO_MODE_OUT_PP, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_PIN_13);
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_1);
gpio_bit_set(GPIOA, GPIO_PIN_2);
gpio_bit_set(GPIOC, GPIO_PIN_13);
}
void led_blink(unsigned int counter)
{
unsigned int blink_state_num = counter%8;
switch(blink_state_num)
{
case 0:
{
LED_RED_ON();
LED_GREEN_OFF();
LED_BLUE_OFF();
}break;
case 1:
{
LED_RED_ON();
LED_BLUE_ON();
LED_GREEN_ON();
}break;
case 2:
{
LED_RED_ON();
LED_GREEN_ON();
LED_BLUE_OFF();
}break;
case 3:
{
LED_RED_OFF();
LED_BLUE_OFF();
LED_GREEN_ON();
}break;
case 4:
{
LED_RED_OFF();
LED_GREEN_ON();
LED_BLUE_ON();
}break;
case 5:
{
LED_RED_OFF();
LED_GREEN_OFF();
LED_BLUE_ON();
}break;
case 6:
{
LED_RED_ON();
LED_BLUE_ON();
LED_GREEN_OFF();
}break;
case 7:
{
LED_RED_OFF();
LED_GREEN_OFF();
LED_BLUE_OFF();
}break;
default:
break;
}
}
串口发送
这里注意串口发送函数，官方驱动有点问题，发送完了需要等待发送完成，不然就会发送不全的情况产生
void usart_data_transmit(uint32_t usart_periph, uint32_t data)
{
while((USART_STAT(usart_periph) & USART_STAT_TC) == 0); //注意等待完成完成
USART_DATA(usart_periph) = USART_DATA_DATA & data;
}
void UART0_Init(void)
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0); //打开USART0时钟
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); //打开GPIOA时钟
//TX PA9
//RX PA10
gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_AF_PP,GPIO_OSPEED_10MHZ,GPIO_PIN_9); //设置GPIOA9为服用输出模式
gpio_init(GPIOA,GPIO_MODE_IN_FLOATING,GPIO_OSPEED_10MHZ,GPIO_PIN_10); //设置GPIOA10为浮空输入模式
usart_deinit(USART0); //复位USART0
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF); //使能复用时钟
usart_baudrate_set(USART0,115200); //设置波特率为115200
usart_parity_config(USART0,USART_PM_NONE); //设置校验位为无
usart_word_length_set(USART0,USART_WL_8BIT); //设置传输长度8Bit
usart_stop_bit_set(USART0,USART_STB_1BIT); //设置停止位1位
usart_transmit_config(USART0,USART_TRANSMIT_ENABLE); //设置传输使能
usart_enable(USART0); //开启UART0
}
void test_printf(const char* fmt, ...)
{
char buf[256]={0};
va_list ap;
va_start(ap,fmt);
int len = vsnprintf(buf,(unsigned int)256,fmt,ap);
if(len)
{
int i;
for(i=0;i<len;i++)
{
usart_data_transmit(USART0,buf[i]);
}
}
va_end(ap);
}
向量中断与非向量模式
向量模式下需要：eclic_set_vmode(TIMER3_IRQn); 设置相应的函数为向量模式
/* enable the global interrupt */
eclic_global_interrupt_enable();
eclic_priority_group_set(ECLIC_PRIGROUP_LEVEL3_PRIO1);
/* enable and set key EXTI interrupt priority */
#if (INTERRUPT_MODE == INTERRUPT_VECTOR_MODE)
eclic_set_vmode(TIMER3_IRQn);
#else
eclic_set_nonvmode(TIMER3_IRQn);
#endif
eclic_set_posedge_trig(TIMER3_IRQn);
eclic_irq_enable(TIMER3_IRQn, 1, 0);
test_printf("eclic_get_mth=%d\r\n",eclic_get_mth());
int test_counter_g = 0;
#if (INTERRUPT_MODE==INTERRUPT_VECTOR_MODE)
__attribute__((interrupt)) void TIMER3_IRQHandler()
#else
void TIMER3_IRQHandler()
#endif
{
if(timer_interrupt_flag_get(TIMER3,TIMER_INT_FLAG_UP))
{
test_counter_g++;
}
timer_interrupt_flag_clear(TIMER3,TIMER_INT_FLAG_UP);
}
参考
1、基于RISC-V内核的32位通用微控制器(MCU)
2、Bumblebee内核指令架构手册
3、向量中断以及非向量中断代码例程–Github
4、向量中断以及非向量中断代码例程–CSDN