ARM上移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)大家可能比較熟悉，且例程較多，對于RISC-V內(nèi)核的單片機(jī)，可能相對比較陌生。下面結(jié)合WCH沁恒微電子的赤菟V103(CH32V103)和赤菟V307(CH32V307)兩款RISC-V內(nèi)核芯片來詳細(xì)說下針對RISC-V平臺(tái)，移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的注意點(diǎn)。

之所以選擇赤菟V103和赤菟V307兩個(gè)芯片主要是其極具代表性：首先，直觀上其外設(shè)的使用方法和我們之前熟悉的F103，F(xiàn)107等是兼容的，這樣降低了我們使用和移植時(shí)的難度，基于WCH提供的外設(shè)庫，我們以前上層的代碼甚至于不用修改可直接使用。其次，赤菟V103是WCH RISC-V青稞內(nèi)核家族中的青稞V3A內(nèi)核，V307為青稞V4F內(nèi)核，青稞V3內(nèi)核支持RV32IMAC指令集，即除支持RISC-V基本的32位整數(shù)指令集外，還支持硬件乘除法，原子指令，壓縮指令。青稞V4F在青稞V3A的基礎(chǔ)上增加了單精度硬件浮點(diǎn)，并且其性能也比青稞V3A高。除此所有的青稞V4內(nèi)核還支持自定義壓縮指令-XW擴(kuò)展，包括以下指令c.lbu/c.lhu/c.sb/c.sh/c.lbusp/c.lhusp/c.sbsp/c.shsp。

這里需要注意的是一般情況下，移植RTOS的時(shí)需要關(guān)閉硬件壓棧，因?yàn)樵谇袚Q任務(wù)時(shí)，我們希望自己控制出棧入棧的內(nèi)容。但是針對青稞V4F核，CSR 0x804中有增加控制位(bit5)GIHWSTKNEN(全局中斷和硬件壓棧關(guān)閉使能)，可以進(jìn)中斷時(shí)置位該位，關(guān)閉中斷和硬件壓棧，我們手動(dòng)保存當(dāng)前線程棧，恢復(fù)新線程棧，中斷mret返回后，硬件自動(dòng)清除該位，恢復(fù)中斷和硬件壓棧使能。這樣即可保證RTOS下，硬件壓?？烧Ｊ褂?，保證RTOS下的中斷響應(yīng)速度。

今天聊下需要移植RTOS時(shí)RISC-V內(nèi)核單片機(jī) 需要保存的寄存器 。

RISC-V寄存器如下圖1所示，其中x0-x31為整形寄存器，f0-f31為浮點(diǎn)寄存器(青稞V3沒有浮點(diǎn)寄存器)。 所有帶caller的寄存器，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)需要保存，值得注意的是，WCH的硬件壓棧保存的寄存器僅僅保存整數(shù)的16個(gè)caller saved 寄存器。 正常一個(gè)中斷函數(shù)的寄存器保存我們不用關(guān)心，編譯器會(huì)幫我們做的很好。 但是當(dāng)我們從一個(gè)匯編入口進(jìn)中斷函數(shù)的時(shí)候這些過程就不得不由我們自己來實(shí)現(xiàn)。 寄存器中幾個(gè)相對特殊的x0恒為0，x1是返回地址寄存器ra，函數(shù)調(diào)用時(shí)用來存放返回地址，x2為堆棧指針sp，x3為gp全局指針，用來尋址全局變量。

圖1 RISC-V寄存器

RISC-V內(nèi)核進(jìn)中斷需要保存caller saved(顧名思義，調(diào)用者需要保存)的寄存器。 當(dāng)不開啟硬件浮點(diǎn)時(shí)，編譯器會(huì)把16個(gè)寄存器在中斷函數(shù)開始時(shí)存入堆棧，中斷返回前恢復(fù)，如下圖2和圖3所示。 我們內(nèi)核支持硬件壓棧，硬件保存和恢復(fù)的也正是這16個(gè)寄存器。 使用硬件壓棧時(shí)需要使能硬件功能，即硬件壓棧使能(不同芯片配置位置不同，詳見手冊中斷章節(jié))，同時(shí)也需要通知編譯器不自動(dòng)生成圖2和圖3中的軟件出入棧的代碼，即在MRS聲明中斷函數(shù)時(shí)由__attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")))方式定義編譯器不自動(dòng)添加軟件出入棧代碼， 由__attribute__((interrupt()))方式定義編譯器添加軟件出入棧的代碼。

圖2 整形寄存器入棧

圖3 整形寄存器出棧

當(dāng)開啟硬件壓棧并且編譯器中聲明使用硬件壓棧后，中斷函數(shù)匯編代碼如下圖4所示。 可見進(jìn)入中斷后直接執(zhí)行的中斷代碼，形如圖2和圖3中的16個(gè)寄存器的入棧和出棧由硬件在中斷開始和結(jié)束時(shí)自動(dòng)完成。 同時(shí)也可以看出整個(gè)中斷函數(shù)可以減少34條指令。

圖4 開啟硬件壓棧后中斷函數(shù)匯編代碼

由此也可知道前文說的一般中斷切換上下文時(shí)不開啟硬件壓棧的原因：開啟后中斷返回時(shí)硬件會(huì)復(fù)寫16個(gè)caller saved寄存器。

當(dāng)開啟硬件浮點(diǎn)時(shí)，除了上述16個(gè)整形還會(huì)增加20個(gè)浮點(diǎn)寄存器，如下圖5所示。 由此也可以看出，硬件壓棧只對整形的寄存器生效。

圖5 浮點(diǎn)寄存器出入棧