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[文章]从零移植OpenHarmony轻量系统【2】Board和SoC解耦的设计思路

连志安
2022-01-27 17:16:43
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OpenHarmony
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摘要：本文简单介绍OpenHarmony轻量系统移植，Board和SoC解耦的设计思路
适合群体：想自己动手移植OpenHarmony轻量系统的朋友
开始尝试讲解一下系统的移植，主要是轻量系统，也可能会顺便讲下L1移植。
本节内容所有代码都在这个仓库下：
https://gitee.com/qidiyun/openha ... example/tree/master
对应的是 01_vendor_soc_board

2.1 hb编译原理

当我们输入hb set命令后，会提示我们选择要编译构建的工程。

那么，hb 怎么知道有哪些工程可以编译呢？
事实上这些工程都是在vendor文件夹中的，为了验证，我们可以在vendor中创建一个空的文件夹：gd，然后gd文件夹下面又创建了gd32f303_lianzhian文件夹。
但是这里还不够，一个标准简单的vendor文件夹结构如下：

其中debug.config内容为空即可，因为它的内容是自动生成的，后面我们配置的内核的时候需要用到。
这几个文件我们可以直接复制3861的过来，然后删去我们不需要的子系统，我们只需要保留如下即可：
config.json文件：
  1. {
  2.     "product_name": "gd32f303_lianzhian",
  3.     "type": "mini",
  4.     "version": "3.0",
  5.     "device_company": "lianzhian",
  6.     "board": "gd32f303_lianzhian",
  7.     "kernel_type": "liteos_m",
  8.     "kernel_version": "",
  9.     "subsystems": [
  10.       {
  11.         "subsystem": "kernel",
  12.         "components": [
  13.           { "component": "liteos_m",
  14.             "features":[
  15.             ]
  16.           }
  17.         ]
  18.       }
  19.     ],
  20.     "third_party_dir": "",
  21.     "product_adapter_dir": ""
  22. }
复制代码
BUILD.gn文件
  1. group("gd32f303_lianzhian") {
  2. }
复制代码
此时，我们再去执行hb set，就可以看到我们自己创建的工程了：gd32f303_lianzhian

2.2 设计思想

最新的master分支的代码设计采用Board和SoC解耦的设计思路，具体可以看这个文章：https://gitee.com/openharmony-si ... -soc-arch-design.md
按照硬件进行层次划分为芯片架构层、片上系统层和单板层。从下向上依次进行包含关系，例如：
（1）架构
ARMv7E-M架构具有ARM Cortex-M4, ARM Cortex-M7等CPU实现
（2）芯片系列
ARM Cortex-M4 CPU对应的SoC Family有STMicro STM32、NXP i.MX等，反过来，如图SoC Family 2跨越CPU1和CPU2，意味着一个SoC Family可以包含多个CPU实现，
例如STMicro STM32可以包含Cortex-M0、Cortex-M4等CPU，又例如复杂的STM32MP157 SoC包含两个Cortex-A7 CPU核与一个Cortex-M4 CPU核，对于异构多核SoC，需要通过OpenAMP来进行分解成多个同构多核的部分。
（3）芯片与开发板对应关系
STM32 SoC Family有STM32F4、STM32G4等SoC Series。
STM32F4 SoC Series 有 STM32F401、STM32F429等SoC。
STM32F429 SoC 有 野火STM32F429挑战者开发板、正点原子stm32f429阿波罗开发板等。如图Board 5上面还有一个shields，意味着一个Board可以通过增加扩展板的形式来提供更强的功能。例如，单板可以利用串口通信外接Hi3861模组，以提供WLAN能力。

基于硬件结构划分层次图，OpenHarmony顶层目录结构设计如下，


2.3 board配置

1 创建 board文件夹

当我们输入hb set命令后，
我们选择 gd32f303_lianzhian 可以看到会提示报错：
我们需要创建该文件夹：device/board/lianzhian
为啥是lianzhian ？？？？
因为我们在vendor中的config.json中指定了device_company 设备厂家是lianzhian，大家可以回头看看
标准的board文件夹目录结构如下：

2 Kconfig配置文件

我们可以在kernel/liteos_m内核目录下执行make menuconfig进行图形化配置，Makefile文件会遍历board下的所有Kconfig文件，所以我们需要添加对应的Kconfig文件。
这里内核是分层设计的，即厂商配置和具体开发板分开，一个厂商下面可以有多个开发板。
例如我们现在移植的设备厂商是是lianzhian，那么lianzhian是厂商文件夹，lianzhian下面有Kconfig，主要是厂商级别的配置。
然后lianzhian下面可以有多个开发板，我们这里只写了gd32f303_lianzhian开发板。同样gd32f303_lianzhian文件夹下面也有Kconfig配置文件。
3 厂商Kconfig配置文件

我们先看下lianzhian厂商的Kconfig文件
（1）Kconfig.liteos_m.boards 文件内容：
orsource "*/Kconfig.liteos_m.board"
可以看到很简单，事实上它就是简单的把当前目录下的所有文件夹下的Kconfig.liteos_m.board文件都导入进来。
（2）Kconfig.liteos_m.defconfig.boards文件
orsource "*/Kconfig.liteos_m.defconfig.board"
同样把当前目录下的所有文件夹下的Kconfig.liteos_m.defconfig.board文件都导入进来。
（3）Kconfig.liteos_m.shields 文件
这里我们暂时不需要，可以内容为空

4 具体开发板的Kconfig配置文件
我们先看下gd32f303_lianzhian厂商的Kconfig文件

（1）Kconfig.liteos_m.board文件：
需要配置选择该单板的选项，以及它依赖的SoC
  1. config BOARD_GD32F303_LIANZHIAN
  2.     bool "select board gd32f303 lianzhian"
  3.     depends on SOC_GD32F303        #只有当我们芯片型号选择为GD32F303时才可见
复制代码
这里是增加一个配置选项，即后面我们可以在make menuconfig中看到"select board gd32f303 lianzhian"配置项。

（2）Kconfig.liteos_m.defconfig.board 文件
需要配置选择该单板后，默认定义 BOARD 的名字，该文件我们可以留空，也可以如下配置：
  1. if BOARD_GD32F303_LIANZHIAN
  2. config BOARD
  3.     string
  4.     default "gd32f303_lianzhian"

  6. endif #BOARD_GD32F303_LIANZHIAN
复制代码
（3）gd32f303_lianzhian_defconfig 文件
内容为：
  1. LOSCFG_BOARD_GD32F303_LIANZHIAN=y
  2. LOSCFG_SOC_SERIES_GD32F303=y
  3. LOSCFG_SOC_GD32F303ZET6=y
复制代码
这里表示我们选中的板卡、SOC、SOC具体子型号系列等。
5 config.gni配置文件
liteos_m文件夹下的config.gni文件是用来进行内核配置的

该文件内容如下：
  1. # Copyright (C) 2020 Hisilicon (Shanghai) Technologies Co., Ltd. All rights reserved.

  3. # 选择内核类型, e.g. "linux", "liteos_a", "liteos_m".
  4. kernel_type = "liteos_m"

  6. # 内核版本，留空即可.
  7. kernel_version = ""

  9. # 芯片架构, e.g. "cortex-a7", "riscv32".
  10. board_cpu = "cortex-m4"

  12. # 这里一般不用谢, e.g.  "armv7-a", "rv32imac".
  13. board_arch = ""

  15. # Toolchain name used for system compiling.
  16. # E.g. gcc-arm-none-eabi, arm-linux-harmonyeabi-gcc, ohos-clang,  riscv32-unknown-elf.
  17. # Note: The default toolchain is "ohos-clang". It's not mandatory if you use the default toolchain.
  18. # 交叉编译器名称
  19. board_toolchain = "arm-none-eabi-gcc"

  21. # The toolchain path installed, it's not mandatory if you have added toolchain path to your ~/.bashrc.
  22. # 这里一般可以不写
  23. board_toolchain_path = ""

  25. # 交叉编译器Compiler prefix.
  26. board_toolchain_prefix = "arm-none-eabi-"

  28. # 编译器类型 Compiler type, "gcc" or "clang".
  29. board_toolchain_type = "gcc"

  31. # 编译选项Board related common compile flags.
  32. board_cflags = [
  33.   "-mcpu=cortex-m4",
  34.   "-mfpu=fpv4-sp-d16",
  35.   "-mfloat-abi=hard",
  36.   "-mthumb",
  37.   "-Og",
  38.   # "-g",
  39.   #"-Wall",
  40.   "-fdata-sections",
  41.   "-ffunction-sections",
  42.   # 注意，这里我们需要定义GD32F30X_HD宏
  43.   "-DGD32F30X_HD",
  44.   # 我们需要浮点数计算
  45.   "-D__FPU_PRESENT",
  46. ]
  47. board_cxx_flags = board_cflags
  48. board_ld_flags = []

  50. # 头文件路径，一般需要soc相关 Board related headfiles search path.
  51. board_include_dirs = [
  52.   "${ohos_root_path}device/soc/gd32/gd32f303/liteos_m",
  53.   "${ohos_root_path}device/soc/gd32/CMSIS",
  54.   "${ohos_root_path}device/soc/gd32/CMSIS/GD/GD32F30x/Include",
  55.   "${ohos_root_path}device/soc/gd32/gd32f303/GD32F3XX_Driver/Inc",
  56.   "${ohos_root_path}device/soc/gd32/gd32f303",
  57.   "${ohos_root_path}utils/native/lite/include",
  58.   "${ohos_root_path}kernel/liteos_m/components/cpup",
  59.   "${ohos_root_path}kernel/liteos_m/components/exchook",
  60.   
  61. ]

  63. # 开发板用到哪个soc Board adapter dir for OHOS components.
  64. board_adapter_dir = "${ohos_root_path}device/soc/gd32"

  66. # Sysroot path.
  67. board_configed_sysroot = ""

  69. # Board storage type, it used for file system generation.
  70. storage_type = ""
复制代码

2.4 SOC配置1 创建 SOC文件夹

我们进入到device/soc文件夹，创建 gd32文件夹，gd32文件夹内容如下：

其中GD32官方标准库文件和CMSIS都可以在GD官网下载到，而且不需要我们修改编写，故而本节不会讲其中的内容，重点放在Kconfig配置文件中。
同样，soc也是分为芯片厂家的Kconfig 和具体芯片信号的Kconfig，gd32是芯片厂家，gd32f303只是其中的一款型号而已。
2 gd32芯片厂家Kconfig配置文件
（1）先看Kconfig.liteos_m.soc文件
  1. config SOC_COMPANY_GD32
  2.     bool

  4. if SOC_COMPANY_GD32
  5. config SOC_COMPANY
  6.     default "gd32"

  8. rsource "*/Kconfig.liteos_m.soc"
  9. endif # SOC_COMPANY_GD32
复制代码
这里很简单，就是配置我们的芯片厂商默认为 gd32
之后导入所有文件夹的 Kconfig.liteos_m.soc 配置文件
（2）Kconfig.liteos_m.series文件
这个文件就比较简单了，导入所有文件夹的 Kconfig.liteos_m.series 配置文件
rsource "*/Kconfig.liteos_m.series"
（3）Kconfig.liteos_m.defconfig
同样，导入所有文件夹的Kconfig.liteos_m.defconfig
rsource "*/Kconfig.liteos_m.defconfig.series"
3 gd32F303芯片的Kconfig配置文件
我们来看看具体的芯片型号gd32f303的配置文件吧

（1）Kconfig.liteos_m.series文件
需要配置芯片系列，以及它的芯片架构等信息
内容：
  1. config SOC_SERIES_GD32F303
  2.     bool "GD32F303 chip"
  3.     select ARM
  4.     select SOC_COMPANY_GD32
  5.     select CPU_CORTEX_M4
  6.     help
  7.         Enable support for GD32F303
复制代码
这个是芯片系列的选择，我们的芯片系列是GD32F303，架构是ARM、CORTEX_M4 芯片厂家是 SOC_COMPANY_GD32，这个在上一级gd32的Kconfig配置文件中有定义。

（2）Kconfig.liteos_m.soc文件
需要配置芯片系列有多少个型号的芯片。
内容：
  1. choice
  2.     prompt "GD32F303 series SoC"
  3.     depends on SOC_SERIES_GD32F303  #只有选择了芯片系列SOC_SERIES_GD32F303后才会出现如下选项

  5. config SOC_GD32F303ZET6                #增加一个SOC_GD32F303ZET6选项，我们现在只有GD32F303ZET6，后面可以还有GD32F303RCT6等。
  6.     bool "SoC GD32F303ZET6"

  8. endchoice
复制代码
（3）Kconfig.liteos_m.defconfig.series 文件
选择芯片系列后默认的配置
内容：
  1. if SOC_SERIES_GD32F303

  3. rsource "Kconfig.liteos_m.defconfig.gd32f303"

  5. config SOC_SERIES
  6.     string
  7.     default "gd32f303"

  9. config NUM_IRQS  #中断数量，跟具体芯片相关
  10.     int
  11.     default 90

  13. config SYS_CLOCK_HW_CYCLES_PER_SEC  #时钟周期，GD32F303是120MHz
  14.     int
  15.     default 120000000

  17. endif
复制代码
（4）Kconfig.liteos_m.defconfig.gd32f303 文件
Gd32f303的配置，内容比较简单：
  1. config SOC
  2.     string
  3.     default "gd32f303zet6"
  4.     depends on SOC_GD32F303ZET6
复制代码
默认是gd32f303zet6
至此我们的soc的kconfig配置基本完成
4 内核配置头文件
还有一个比较重要的内核配置头文件，target_config.h。这个大家可以直接复制我的就行，主要是内核功能配置相关。

其中有一个比较重要的配置项：
  1. /**
  2. * @ingroup los_config
  3. * Memory size
  4. */
  5. #define LOSCFG_SYS_HEAP_SIZE                                (60*1024)

复制代码
这个是配置内核的堆栈大小，这里可以根据自己芯片的内存大小来定，GD32F303内存是64KB，这里我用60k即可。

2.5 make menuconfig配置
完成上面移植内容后，接下来，我们就可以进行menuconfig配置了。
注意，这里我们需要先执行一次hb set选择我们的开发板gd32f303_lianzhian。
我们进入 kernel/liteos_m 文件夹
执行 make menuconfig

进入Platform，我们选择gd32f303芯片、gd32f303_lianzhian开发板，如下：

退出保存。
结果将自动保存在$(PRODUCT_PATH)/kernel_configs/debug.config

2.6 gn编译
在上一步Kconfig的图形化配置后，将其生成的配置结果可以作为gn编译的输入，以控制不同模块是否编译。另外为了解决之前gn编写时，随意include的问题，内核编译做了模块化编译的设计，使得整个编译逻辑更加清晰。
我们需要编写device/board/lianzhian 和 device/soc/gd32两个文件夹下的BUILD.gn。
这几个BUILD.gn文件比较简单，都是模块化编译，大家可以直接参考我的。

2.7 开始编译
配置完BUILD.gn后，我们就可以开始执行hb build -f编译了。
可以看到已经能编译过一大半了：

我们今天的目标就是要能让编译系统能开始编译我们的开发板
一步一脚印，接下来我们将继续开始移植，接下来将配置libc库、系统启动、main函数、链接脚本，直到编译通过并且在开发板中成功运行~



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