RISC-V 与 RT-Thread（K210 内核移植）
本文将会对 RT-Thread 系统底层内核的移植以及 RT-Thread 如何与 RISC-V 相结合进行分析。
K210 基本情况
这部分的内容主要来自对 《kendryte_datasheet_20180919020633.pdf》《riscv-spec-20191213.pdf》的理解。
K210 的 CPU 包含两个 64 位的 RISC-V 架构核心。这两个 RISC-V 核心是对称双核，且各自具备独立的 FPU（浮点运算单元）。支持的 RISC-V 指令集有 I；M；A；F；D；C，也就是 RV64IMAFDC（或者叫 RV64GC），采用的这些指令集都是 RISC-V 《riscv-spec-20191213.pdf》 里明确说明已经被批准，未来不再发生改变的指令集。（也就是说是比较稳定的指令集模块）
（对 RISC-V 指令集如有疑问可以查阅我的上一篇文章。）
RT-Thread CPU 架构级别的移植 API 列表
需要移植的 API 接口说明，在 RT-Thread 文档中心《内核移植》章节里已经讲的很详细了，需要了解详情的可以去以下链接查看！
以下是需要实现的函数和变量的列表：
| 函数和变量 | 描述 |
|---|---|
| rt_base_t rt_hw_interrupt_disable(void); | 关闭全局中断 |
| void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level); | 打开全局中断 |
| rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void *tentry, void *parameter, rt_uint8_t *stack_addr, void *texit); | 线程栈的初始化，内核在线程创建和线程初始化里面会调用这个函数 |
| void rt_hw_context_switch_to(rt_uint32 to); | 没有来源线程的上下文切换，在调度器启动第一个线程的时候调用，以及在 signal 里面会调用 |
| void rt_hw_context_switch(rt_uint32 from, rt_uint32 to); | 从 from 线程切换到 to 线程，用于线程和线程之间的切换 |
| void rt_hw_context_switch_interrupt(rt_uint32 from, rt_uint32 to); | 从 from 线程切换到 to 线程，用于中断里面进行切换的时候使用 |
| rt_uint32_t rt_thread_switch_interrupt_flag; | 表示需要在中断里进行切换的标志 |
| rt_uint32_t rt_interrupt_from_thread, rt_interrupt_to_thread; | 在线程进行上下文切换时候，用来保存 from 和 to 线程 |
K210 CPU 移植代码注释分析
关闭全局中断
1 | /* |
csrrci : (Control and Status Register Read and Clear Immediate) 立即数读后清除控制状态寄存器 。
mstatus：(Machine Status) 机器模式下，用于保存全局中断使能，以及许多其他状态的寄存器。
csrrci a0, mstatus, 8 这句话的意思就是：首先将 mstatus 寄存器的值保存在 a0 寄存器中，然后将 mstatus 寄存器的第3位（8的二进制就是第3位为1）清零。
mstatus 寄存器的第3位就是 MIE，MIE 是机器模式下的全局中断使能位，清零即为关闭全局中断。
打开全局中断
1 | /* |
csrw: (Control and Status Register Set) (伪指令) 写控制状态寄存器 。
mstatus：(Machine Status) 机器模式下，用于保存全局中断使能，以及许多其他状态的寄存器。
csrw mstatus, a0 这句话的意思就是：把 a0 里的值中每一个为1的位写入对应的 mstatus 状态控制寄存器中。
实现线程栈初始化
在理解 rt_hw_stack_init 这个函数前，大家需要查看下 struct rt_hw_stack_frame 这个结构体，这个结构体描述了系统切换时要保存的上下文（也就是需要保存的 CPU 寄存器现场）。
1 | struct rt_hw_stack_frame |
对于 RV32I 或者 RV64I 来说，一共有 32 个通用寄存器 X0-X31，其中 X0 被预留为常数 0 （至于什么原因我也不知道），所以不需要保存。如果 CPU 还支持浮点的话，那么还需要再加上 32 个通用浮点寄存器 f0-f31。
对于 RV32E （嵌入式架构）来说，则一共有 16 个通用寄存器 X0-X15，X0 同样被预留为常数 0 。
1 | /** |
这个函数的前半部分和 Cortex-M 的代码基本一直，主要区别是后半部分。
ra 寄存器：就是通用寄存器的 X1，用于保存函数的返回跳转地址，也就是退出函数地址。
a0 寄存器：就是通用寄存器的 X10，用于存放线程的入口函数的入参。
epc 寄存器：是程序计数器 ，用于存放线程入口函数的地址。
FS[14-13]： mstatus （机器模式状态寄存器）的 FS 域，由两位组成。用于维护或反映浮点单元的状态。(用于操作系统在进行上下文切换是的指引信息)
MPP[12-11]： mstatus （机器模式状态寄存器）的 MPP 域，由两位组成。发生异常之前的权限模式保留在 mstatus 的 MPP 域中 。[0,0]:表示用户模式；[0,1]:表示监管者模式；[1,1]:表示机器模式；
MPIE[7]： mstatus （机器模式状态寄存器）的 MPIE 域，由一位组成。用于保存发生异常之前的 MIE 域的值。
实现上下文切换
RT-Thread 的 libcpu 抽象层需要实现以下三个线程切换相关的函数：
1） rt_hw_context_switch_to()：没有来源线程，切换到目标线程，在调度器启动第一个线程的时候被调用。
2） rt_hw_context_switch()：在线程环境下，从当前线程切换到目标线程。
3） rt_hw_context_switch_interrupt ()：在中断环境下，从当前线程切换到目标线程。
阅读下面的内容需要大家再回过头来看下 struct rt_hw_stack_frame 这个结构体。这个结构体描述了系统切换时要保存的上下文（也就是需要保存的 CPU 寄存器现场）
实现 rt_hw_context_switch_to()
1 | /* |
实现 rt_hw_context_switch
1 | /* |
以上函数的作用就是把当前 from 线程的 CPU 寄存器现场贮存起来。（也就是把 from 线程的 struct rt_hw_stack_frame 结构体里的内容贮存起来。）
实现 rt_hw_context_switch_interrupt()
这个函数的实现其实有两种情况，这里我们只看在没有开启的 RT_USING_SMP（对称多核）情况下的 rt_hw_context_switch_interrupt 的实现。
1 | /* |
这个函数只是做了一件很简单的事情，那就是给 rt_thread_switch_interrupt_flag 这个标志置1，用来表示需要切换线程，且根据情况将 from 线程赋值给 rt_interrupt_from_thread ，to 线程赋值给 rt_interrupt_to_thread 。
真正在保存线程现场的地方不在这里，而是在以下这个汇编函数里：
1 | .section .text.entry |
RISC-V 架构规定，在处理器的程序执行过程中，一旦发生异常，则终止当前的程序流，处理器强行跳转到一个新的 PC 地址。这个过程在 RISC-V 的架构中定义为 “陷阱（trap）”。RISC-V 处理器在 trap 后跳转到一个指定的 PC 地址，这个指定的 PC 地址由一个机器模式下异常入口 mtvec 寄存器来指定。
mtvec：（Machine Trap Vector） 它保存发生异常时处理器需要跳转到的地址。
由于 K210 BSP 是基于勘智提供的 kendryte-standalone-sdk 库开发的，这个库在 kendryte-standalone-sdk/lib/bsp/crt.S 中有如下操作：
1 | la t0, trap_entry |
所以一旦发生中断异常，K210 将会率先进入 trap_entry 函数。
实现 rt_hw_context_switch_exit()
1 | .global rt_hw_context_switch_exit |
以上函数的作用就是把当前 to 线程的 CPU 寄存器现场恢复到 CPU 里。（也就是把 to 线程的 struct rt_hw_stack_frame 结构体里的内容恢复起来。）
最后就是实现时钟节拍
1 | static volatile unsigned long tick_cycles = 0; |
在 interrupt_gcc.S 中， K210 的每个中断都会调 uintptr_t handle_trap(uintptr_t mcause, uintptr_t epc, uintptr_t * sp) 这个函数，然后这个函数里会判断中断类型，相应的执行 tick_isr 这个函数。具体的系统时钟节拍初始化这里就不在赘述了。
