Embassy Preempt 博客

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Embassy Preempt RTOS 技术报告 ​

RISC-V平台支持与VisionFive2移植 ​

一、RISC-V架构支持实现 ​

1.1 CH32V307平台（Qingke架构） ​

技术特点 ​

  • 芯片型号: CH32V307WCU6
  • 架构: RISC-V32 (Qingke扩展指令集)
  • 核心特性: 不包含原生原子操作指令支持

关键技术实现 ​

原子操作迁移至portable-atomic

toml
# 解决RISC-V平台原子指令支持不一致问题
dependencies.portable-atomic = { version = "1", features = ["critical-section"] }
  • 问题背景: 某些RISC-V平台不支持原生atomic指令
  • 解决方案: 使用portable-atomic库统一原子操作实现
  • 特性控制: 通过portable-atomic/critical-section特性选择实现方式
    • 启用时：使用portable-atomic的临界区实现
    • 未启用：继续使用汇编atomic实现

任务调度实现

  • 成功在RISC-V平台上实现完整的任务调度功能
  • 实现了平台无关的调度逻辑与平台相关的上下文切换的分离

1.2 JH7110 S76核心支持 ​

平台特性 ​

  • 芯片: StarFive JH7110 (VisionFive2开发板)
  • 目标核心: S76小核 (RISC-V64IMC)
  • 架构特点:
    • 64位RISC-V架构
    • 原子指令支持有限
    • 需要自定义Rust target

技术挑战与解决方案 ​

1. 自定义Target定义

json
{
  "llvm-target": "riscv64",
  "data-layout": "e-m:e-p:64:64-i64:64-i128:128-n32:64-S128",
  "arch": "riscv64",
  "target-endian": "little",
  "features": "+m,+a,+c",
  "cpu": "generic-rv64"
}

2. 固件构建系统

  • 使用上游opensbi + u-boot构建引导固件
  • 通过binman生成FIT格式的可烧录固件
  • 修改u-boot的设备树配置以集成embassy_preempt

二、跨平台架构设计 ​

2.1 统一的上下文切换机制 ​

核心设计原则 ​

所有平台的寄存器保存都在进入__ContextSwitchHandler函数中通过save_task_context()统一完成

架构流程 ​

ARM vs RISC-V 对比 ​

特性ARM Cortex-MRISC-V
触发方式PendSV异常ecall指令
硬件自动保存R0-R3, R12, LR, PC, xPSR无
异常入口职责跳转到统一入口栈切换 + 跳转
寄存器保存硬件部分 + 软件补全软件完整保存
统一入口点__ContextSwitchHandler__ContextSwitchHandler

2.2 平台内存布局抽象重构 ​

PlatformMemoryLayout Trait设计 ​

rust
pub trait PlatformMemoryLayout {
    // 统一各平台内存布局管理
    fn get_flash_start() -> usize;
    fn get_flash_size() -> usize;
    fn get_ram_start() -> usize;
    fn get_ram_size() -> usize;
}

代码架构优化 ​

  • 模块化重构: 重构executor模块，提升代码可读性和维护性
  • 接口简化: 简化Platform trait接口，提升跨平台兼容性
  • 驱动完善: 完善RISC-V平台的Timer驱动和UCSTK实现

三、VisionFive2平台开发 ​

3.1 调试环境搭建 ​

J-Link调试历程 ​

问题1: 小核连接问题

  • 初始状态: 只能连接U74大核
  • 原因分析: u-boot阶段S76小核已休眠
  • 解决方案: 使用社区开源方案（u-boot+opensbi），在u-boot阶段阻塞小核

问题2: 官方文档错误

  • 问题: 官方文档的JTAG配置有误
  • 解决: 参考社区经验，成功实现S76核心的J-Link调试
  • 详细步骤: 参见社区帖子用Jlink调试S76核心

开发环境管理 ​

Nix环境配置

nix
# 使用nix管理复杂的交叉编译环境
{
  description = "Embassy Preempt VisionFive2 Development";

  inputs = {
    nixpkgs.url = "github:NixOS/nixpkgs/nixos-unstable";
    rust-overlay.url = "github:oxalica/rust-overlay";
  };

  outputs = { self, nixpkgs, rust-overlay }: {
    devShells.x86_64-linux.default = let
      pkgs = import nixpkgs {
        system = "x86_64-linux";
      };
    in pkgs.mkShell {
      buildInputs = with pkgs; [
        rust-bin.stable.latest.default
        gcc-riscv64-unknown-elf
        u-boot
        opensbi
      ];
    };
  };
}

优势:

  • 一键重现开发环境
  • 便于版本管理
  • 跨平台一致性

3.2 固件构建流程 ​

Makefile自动化构建 ​

makefile
.PHONY: uboot
uboot:
	# 编译opensbi
	cd opensbi && make PLATFORM=generic
	# 编译u-boot并生成FIT镜像
	cd u-boot && make visionfive2_defconfig
	cd u-boot && make -j$(nproc)
	# 使用binman生成最终固件

FIT镜像结构 ​

fit_image.itb
├── opensbi (fw_dynamic.bin)
├── u-boot (u-boot-nodtb.bin)
├── u-boot dtb
└── [预留] embassy_preempt

关键点:

  • SPL负责将FIT镜像搬运到DDR
  • 修改u-boot的dts配置以添加embassy_preempt二进制
  • binman自动处理镜像打包

3.3 OpenSBI集成 ​

修改点 ​

c
// 在opensbi的合适位置（hart0初始化后）
// 添加跳转到embassy_preempt的代码
void jump_to_embassy_preempt(void) {
    extern void embassy_preempt_entry(void);
    embassy_preempt_entry();
}

当前状态:

  • ✓ 已在正确位置用hart0输出日志
  • ⏳ 下一步: 跳转到Rust代码

四、当前成果 ​

4.1 已完成工作 ​

CH32V307平台 ​

  • ✅ 完整的平台实现（不含时间驱动）
  • ✅ 原子操作统一实现
  • ✅ 任务调度功能验证
  • ✅ 构建系统和工具链配置

JH7110平台 ​

  • ✅ 调试环境搭建（J-Link连接S76核心）
  • ✅ 项目仓库构建（nix环境管理）
  • ✅ 固件构建流程（opensbi+u-boot）
  • ✅ FIT镜像生成
  • ✅ 平台抽象层初步实现

五、技术文档与资源 ​

5.1 内部文档 ​

5.2 外部参考资源 ​

平台文档

社区资源

开源项目