• RT-Thread STM32 系列 BSP 制作教程

    为了让广大开发者更好、更方便地使用 BSP 进行开发，RT-Thread 开发团队重新整理了现有的 STM32 系列的 BSP，推出了新的 BSP 框架。新的 BSP 框架在易用性、移植便利性、驱动完整性、代码规范性等方面都有较大提升，在新的 BSP 框架下进行开发，可以大大提高应用的开发效率。

    和 RT-Thread 以往提供的 BSP 不同，在新的 BSP 文件夹中将不会包含固件库、外设驱动等可以被多个 BSP 引用的代码文件。而是将这些通用的文件统一存放在 Library 文件夹中，通过在特定 BSP 中引用这些文件的方式，来包含 BSP 中所需的库文件或者驱动文件。这种方式不仅大大提高了代码复用率，降低了 BSP 的维护成本，而且可以更方便地给开发者提供更丰富的驱动文件，让开发者可以更容易地找到自己需要的资源。

    新的 BSP 框架还引入了 CubeMX 工具，可以使用该工具来对 BSP 中使用的外设引脚进行配置。CubeMX 工具提供了图形化的配置界面，这种图形化的配置方式对开发者来说更加直观，不仅可以让开发者灵活地配置 BSP 中使用的资源，并且可以让开发者对资源的使用情况一目了然。

    新 BSP 框架的主要特性如下：

    • 提供多系列 BSP 模板，大大降低新 BSP 的添加难度；
    • 每个 BSP 都配有齐全的驱动文件，开发者可以方便地使用所有驱动；
    • 开发者可以使用 CubeMX 工具对 BSP 进行图形化配置；

    1. BSP 框架介绍

    BSP 框架结构如下图所示：

    BSP 框架图

    每一个 STM32 系列的 BSP 由三部分组成，分别是通用库、BSP 模板和特定开发板 BSP，下面的表格以 F1 系列 BSP 为例介绍这三个部分：

    项目文件夹说明
    通用库 stm32/libraries 用于存放 HAL 库以及基于 HAL 库的多系列通用外设驱动文件
    F1 系列 BSP 工程模板 stm32/libraries/templates/stm32f10x F1系列 BSP 模板，可以通过修改该模板制作更多 F1系列 BSP
    特定开发板 BSP stm32/stm32f103-atk-nano 在 BSP 模板的基础上修改而成

    2. 知识准备

    制作一个 BSP 的过程就是构建一个新系统的过程，因此想要制作出好用的 BSP，要对 RT-Thread 系统的构建过程有一定了解，需要的知识准备如下所示：

    • 掌握 stm32 系列 BSP 的使用方法

      了解 BSP 的使用方法，可以阅读 BSP 说明文档 中使用教程表格内的文档。了解外设驱动的添加方法可以参考《外设驱动添加指南》。

    • 了解 scons 工程构建方法

      RT-Thread 使用 scons 作为系统的构建工具，因此了解 scons 的常用命令对制作新 BSP 是基本要求。

    • 了解设备驱动框架

      在 RT-Thread 系统中，应用程序通过设备驱动框架来操作硬件，因此了解设备驱动框架，对添加 BSP 驱动是很重要的。

    • 了解 kconfig 语法

      RT-Thread 系统通过 menuconfig 的方式进行配置，而 menuconfig 中的选项是由 kconfig 文件决定的，因此想要对 RT-Thread 系统进行配置，需要对 kconfig 语法有一定了解。

    • 熟悉 CubeMX 工具的使用

      在新的 stm32 系列 BSP 中利用了 CubeMX 工具对底层硬件进行配置，因此需要了解 CubeMX 工具的使用方法。

    3. BSP 制作方法

    本节以制作正点原子 stm32f103-atk-nano 开发板的 BSP 为例，讲解如何为一个新的开发板添加 BSP。

    BSP 的制作过程分为如下五个步骤：

    1. 复制通用模板
    2. 使用 CubeMX 工具配置工程
    3. 修改 BSP 中的 Kconfig 文件
    4. 修改构建工程相关文件
    5. 重新生成工程

    在接下来的章节中将会详细介绍这五个步骤，帮助开发者快速创建所需要的 BSP。

    3.1 复制通用模板

    制作新 BSP 的第一步是复制一份同系列的 BSP 模板作为基础，通过对 BSP 模板的修改来获得新 BSP。目前提供的 BSP 模板系列如下表所示：

    工程模板说明
    libraries/templates/stm32f0xx F0 系列 BSP 模板
    libraries/templates/stm32f10x F1 系列 BSP 模板
    libraries/templates/stm32f4xx F4 系列 BSP 模板
    libraries/templates/stm32f7xx F7 系列 BSP 模板
    libraries/templates/stm32l4xx L4 系列 BSP 模板

    本次示例所用的 F1 系列 BSP 模板文件夹结构如下所示：

    F1 系列 BSP 模板文件夹内容

    本次制作的 BSP 为 F1 系列，因此拷贝模板文件夹下的 stm32f10x 文件夹，并将该文件夹的名称改为 stm32f103-atk-nano ，如下图所示：

    复制通用模板

    在接下来的 BSP 的制作过程中，将会修改 board 文件夹内的配置文件，将 F1 系列的 BSP 模板变成一个适用于正点原子 stm32f103-atk-nano 开发板的 BSP ，下表总结了 board 文件夹中需要修改的内容：

    项目需要修改的内容说明
    CubeMX_Config （文件夹） CubeMX 工程
    linker_scripts （文件夹） BSP 特定的链接脚本
    board.c/h 系统时钟、GPIO 初始化函数、芯片存储器大小
    Kconfig 芯片型号、系列、外设资源
    SConscript 芯片启动文件、目标芯片型号

    3.2 使用 CubeMX 配置工程

    在制作 BSP 的第二步，需要创建一个基于目标芯片的 CubeMX 工程。默认的 CubeMX 工程在 CubeMX_Config 文件夹中，双击打开 CubeMX_Config.ioc 工程，如下图所示：

    open_cubemx

    在 CubeMX 工程中将芯片型号为修改芯片型号为 STM32F103RBTx 。

    3.2.1 生成 CubeMX 工程

    配置系统时钟、外设引脚等，步骤如下图所示：

    1. 打开外部时钟、设置下载方式、打开串口外设（注意只需要选择串口外设引脚即可，无需配置其他参数）：

    配置芯片引脚

    1. 配置系统时钟：

    配置系统时钟

    1. 设置项目名称，并在指定地址重新生成 CubeMX 工程：

    生成对应的配置代码

    最终 CubeMX 生成的工程目录结构如下图所示：

    CubeMX 图7

    3.2.2 拷贝初始化函数

    在 board.c 文件中存放了函数 SystemClock_Config() ，该函数负责初始化系统时钟。当使用 CubeMX 工具对系统时钟重新配置的时候，需要更新这个函数。

    该函数由 CubeMX 工具生成，默认存放在board/CubeMX_Config/Src/main.c 文件中。但是该文件并没有被包含到我们的工程中，因此需要将这个函数从 main.c 中拷贝到 board.c 文件中。在整个 BSP 的制作过程中，这个函数是唯一要要拷贝的函数，该函数内容如下所示：

    board_1

    在 board.h 文件中配置了 FLASH 和 RAM 的相关参数，这个文件中需要修改的是 STM32_FLASH_SIZE 和 STM32_SRAM_SIZE 这两个宏控制的参数。本次制作的 BSP 所用的 STM32F103RBTx 芯片的 flash 大小为 128k，ram 的大小为 20k，因此对该文件作出如下的修改：

    修改 board.h

    3.2.3 堆内存配置讲解

    通常情况下，系统 RAM 中的一部分内存空间会被用作堆内存。下面代码的作用是，在不同编译器下规定堆内存的起始地址 HEAP_BEGIN 和结束地址 HEAP_END。这里 HEAP_BEGIN 和 HEAP_END 的值需要和后面 [3.4.1 修改链接脚本](# 3.4.1 修改链接脚本) 章节所修改的配置相一致。

    在某些系列的芯片中，芯片 RAM 可能分布在不连续的多块内存区域上。此时堆内存的位置可以和系统内存在同一片连续的内存区域，也可以存放在一片独立的内存区域中。例如在 L4 系列的芯片上，就可以将堆内存配置在起始地址为 0x20000000 的大小为 96k 的内存空间，而将 0x10000000 开始的 32k 内存空间用作系统运行内存。

    heap_config

    3.3 修改 Kconfig 选项

    在本小节中修改 board/Kconfig 文件的内容有如下两点：

    • 芯片型号和系列
    • BSP 上的外设支持选项

    芯片型号和系列的修改如下表所示：

    宏定义意义格式
    SOC_STM32F103RB 芯片型号 SOC_STM32xxx
    SOC_SERIES_STM32F1 芯片系列 SOC_SERIES_STM32xx

    关于 BSP 上的外设支持选项，一个初次提交的 BSP 仅仅需要支持 GPIO 驱动和串口驱动即可，因此在配置选项中只需保留这两个驱动配置项，如下图所示：

    修改 Kconfig

    3.4 修改工程构建相关文件

    接下来需要修改用于构建工程相关的文件。

    3.4.1 修改链接脚本

    linker_scripts 链接文件如下图所示：

    需要修改的链接脚本

    下面以 MDK 使用的链接脚本 link.sct 为例，演示如何修改链接脚本：

    linkscripts_change

    本次制作 BSP 使用的芯片为 STM32F103RB，FLASH 为 128k，因此修改 LR_IROM1 和 ER_IROM1 的参数为 0x00020000。RAM 的大小为20k， 因此修改 RW_IRAM1 的参数为 0x00005000。这样的修改方式在一般的应用下就够用了，后续如果有特殊要求，则需要按照链接脚本的语法来根据需求修改。修改链接脚本时，可以参考 [3.2.3 堆内存配置讲解](# 3.2.3 堆内存配置讲解) 章节来确定 BSP 的内存分配。

    其他两个链接脚本的文件分别为 iar 使用的 link.icf 和 gcc 编译器使用的 link.lds，修改的方式也是类似的，如下图所示：

    • link.icf 修改内容

      link_icf

    • link.lds 修改内容

      link_lds

    3.4.2 修改构建脚本

    SConscript 脚本决定 MDK/IAR 工程的生成以及编译过程中要添加文件。

    在这一步中需要修改芯片型号以及芯片启动文件的地址，修改内容如下图所示：

    修改启动文件和芯片型号

    注意：如果在文件夹中找不到相应系列的 .s 文件，可能是多个系列的芯片重用了相同的启动文件，此时可以在 CubeMX 中生成目标芯片的工程，查看使用了哪个启动文件，然后再修改启动文件名。

    3.4.3 修改工程模板

    template 文件是生成 MDK/IAR 工程的模板文件，通过修改该文件可以设置工程中使用的芯片型号以及下载方式。MDK4/MDK5/IAR 的工程模板文件，如下图所示：

    MDK/IAR 工程模板

    下面以 MDK5 模板的修改为例，介绍如何修改模板配置：

    选择芯片型号

    修改程序下载方式：

    配置下载方式

    3.5 重新生成工程

    重新生成工程需要使用 env 工具。

    3.5.1 重新生成 rtconfig.h 文件

    在 env 界面输入命令 menuconfig 对工程进行配置，并生成新的 rtconfig.h 文件。如下图所示：

    输入menuconfig进入配置界面

    选择要打开的外设

    3.5.2 重新 MDK/IAR 工程

    下面以重新生成 MDK 工程为例，介绍如何重新生成 BSP 工程。

    使用 env 工具输入命令 scons --target=mdk5 重新生成工程，如下图所示：

    重新生成 BSP 工程

    重新生成工程成功：

    重新生成 BSP 工程

    到这一步为止，新的 BSP 就可以使用了。

    接下来我们可以分别使用命令 scons --target=mdk4 和 scons --target=iar，来更新 mdk4 和 iar 的工程，使得该 BSP 变成一个完整的，可以提交到 GitHub 的 BSP。

    感谢每一位贡献代码的开发者，RT-Thread 将与你一同成长。

    4. 规范

    本章节介绍 RT-Thread STM32 系列 BSP 制作与提交时应当遵守的规范 。开发人员在 BSP 制作完成后，可以根据本规范提出的检查点对制作的 BSP 进行检查，确保 BSP 在提交前有较高的质量 。

    1. BSP 制作规范

    STM32 BSP 的制作规范主要分为 3 个方面：工程配置，ENV 配置和 IDE 配置。在已有的 STM32 系列 BSP 的模板中，已经根据下列规范对模板进行配置。在制作新 BSP 的过程中，拷贝模板进行修改时，需要注意的是不要修改这些默认的配置。BSP 制作完成后，需要对新制作的 BSP 进行功能测试，功能正常后再进行代码提交。

    下面将详细介绍 BSP 的制作规范。

    工程配置

    • 遵从RT-Thread 编码规范，代码注释风格统一
    • main 函数功能保持一致
      • 如果有 LED 的话，main 函数里只放一个 LED 1HZ 闪烁的程序
    • 在 rt_hw_board_init 中需要完成堆的初始化：调用 rt_system_heap_init
    • 默认只初始化 GPIO 驱动和 FinSH 对应的串口驱动，不使用 DMA
    • 当使能板载外设驱动时，应做到不需要修改代码就能编译下载使用
    • 提交前应检查 gcc/mdk/iar 三种编译器直接编译或者重新生成后编译是否成功
    • 使用 dist 功能对 BSP 进行发布，检查使用 dist 命令生成的工程是否可以正常使用

    ENV 配置

    • 系统心跳统一设置为 1000（宏：RT_TICK_PER_SECOND）
    • BSP 中需要打开调试选项中的断言（宏：RT_DEBUG）
    • 系统空闲线程栈大小统一设置为 256（宏：IDLE_THREAD_STACK_SIZE）
    • 开启组件自动初始化（宏：RT_USING_COMPONENTS_INIT）
    • 需要开启 user main 选项（宏：RT_USING_USER_MAIN）
    • 默认关闭 libc（宏：RT_USING_LIBC）
    • FinSH 默认只使用 MSH 模式（宏：FINSH_USING_MSH_ONLY）

    IDE 配置

    • 使能下载代码后自动运行
    • 使能 C99 支持
    • 使能 One ELF Setion per Function（MDK）
    • keil/iar 生成的临时文件分别放到build下的 keil/iar 文件夹下
    • mdk/gcc/iar 生成 bin 文件名字统一成 rtthread.bin

    2. BSP 提交规范

    • 提交前请认真修改 BSP 的 README.md 文件，README.md 文件的外设支持表单只填写 BSP 支持的外设，可参考其他 BSP 填写。查看文档《STM32系列驱动介绍》了解驱动分类。
    • 提交 BSP 分为 2 个阶段提交：
      • 第一阶段：基础 BSP 包括串口驱动和 GPIO 驱动，能运行 FinSH 控制台。完成 MDK4、MDK5 、IAR 和 GCC 编译器支持，如果芯片不支持某款编译器（比如MDK4）可以不用做。 BSP 的 README.md 文件需要填写第二阶段要完成的驱动。
      • 第二阶段：完成板载外设驱动支持，所有板载外设使用 menuconfig 配置后就能直接使用。若开发板没有板载外设，则此阶段可以不用完成。不同的驱动也要分开提交，方便 review 和合并。
    • 只提交 BSP 必要的文件，删除无关的中间文件，能够提交的文件请对照其他 BSP。
    • 提交 stm32 不同系列的 Library 库时，请参考 f1/f4 系列的 HAL 库，删除多余库文件
    • 提交前要对 BSP 进行编译测试，确保在不同编译器下编译正常
    • 提交前要对 BSP 进行功能测试，确保 BSP 的在提交前符合工程配置章节中的要求
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