RT-Thread Smart（簡稱rt-smart）是基于RT-Thread操作系統(tǒng)衍生，面向帶MMU（Memory Management Unit），中高端應(yīng)用的芯片，例如ARM Cortex-A，MIPS，帶MMU的RISC-V芯片等。rt-smart在RT-Thread操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上啟用獨(dú)立、完整的進(jìn)程方式，同時(shí)以混合微內(nèi)核模式執(zhí)行。

自 V5.0.0 起，rt-smart 分支已合并至 rt-thread master 分支上，可以在 bsp 下通過 menuconfig 啟用Enable RT-Thread Smart (microkernel on kernel/userland)選項(xiàng)即可使用 rt-smart。

目前有 allwinner 下 d1/d1s ， bouffalo_lab 下的 bl808/d0 ，raspi4-64，qemu-virt64-aarch64，qemu-virt64-riscv 等多個(gè)bsp已經(jīng)支持 rt-smart。

本文通過介紹 RISC-V64 架構(gòu)的 BL808，介紹適配 rt-smart 與 rt-thread 區(qū)別點(diǎn)，從零開始適配一個(gè)支持 rt-smart 的 bsp。

BL808是RISC-V三核異構(gòu)架構(gòu)，分別為m0(E907/RV32IMA)、lp(E902/RV32E[M]C)、d0，(C906/RV64IMA[FD]C[V])都采用的是平頭哥的玄鐵RISC-V核，

RISC-V有3種工作狀態(tài)，分別為機(jī)器模式machine mode（M態(tài)）、監(jiān)督模式supervisor mode（S態(tài)）、用戶模式user mode（U態(tài)）。
RISC-V架構(gòu)定義機(jī)器模式為必選模式，另外兩種模式為可選模式，通過不同的模式組合可以實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)，C906同時(shí)支持M/S/U態(tài)。

rt-smart工作在S態(tài)，需要MMU支持。C906 虛擬內(nèi)存管理 MMU兼容 RISC-V Sv39 虛擬內(nèi)存系統(tǒng)。rt-smart和工作在M態(tài)的RT-Thread 標(biāo)準(zhǔn)版有較多不同。

啟動(dòng)
在適配RT-Thread標(biāo)準(zhǔn)版本，芯片工作在M態(tài)（芯片啟動(dòng)默認(rèn)狀態(tài)），啟動(dòng)文件一般采用原廠SDK提供的啟動(dòng)文件完成硬件初始化（操作M態(tài)下的寄存器）、bss初始化等軟件初始化工作，跳轉(zhuǎn)到entry()函數(shù)即可開始rt-thread流程，剩下的工作在rt_hw_board_init()函數(shù)中完成。

bl808-d0核運(yùn)行在S態(tài)，芯片啟動(dòng)默認(rèn)工作在M態(tài)，芯片需要通過一些流程，將opensbi、kernel等相關(guān)代碼從flash上copy到ram上，并通過opensbi芯片切換到S態(tài)。opensbi完成一些了配置后跳轉(zhuǎn)到rt-smart（kernel）。

rt-smart此時(shí)工作在S態(tài)，不能操作任何M態(tài)下的寄存器，只能操作S態(tài)下的寄存器，否則會(huì)發(fā)生異常。
C906啟動(dòng)文件startup_gcc.S在libcpu/risc-v/t-head/c906目錄下，在bsp下需要完成init_bss()、primary_cpu_entry()兩個(gè)函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)作用為清除bss區(qū)、禁止全局中斷，調(diào)用entry()進(jìn)入rt-smart主流程。

此外 startupgcc.S 會(huì)調(diào)用 stack_start 變量和 STACKSIZE 宏，賦值給 sp ， STACKSIZE 宏在 Kconfig 配置，內(nèi)置腳本會(huì)自動(dòng)生成 linkstacksize.lds 文件，并在 link.ld 文件中被調(diào)用，__stack_start 在 link.ld 中自動(dòng)生成。
進(jìn)入entry后，rt-thread初始化流程基本一致，內(nèi)核已經(jīng)通過RT_USING_SMART宏作了處理，在Kconfig開啟該宏即可。

ld文件
RT-Thread標(biāo)準(zhǔn)版適配的時(shí)候，一般也采用原廠SDK中提供的ld文件，做一些適當(dāng)?shù)男薷暮蠹纯墒褂谩?br /> bl808-d0核運(yùn)行在S態(tài)下，啟動(dòng)文件和ld文件都不能使用原廠SDK中的文件。RISC-V可參考 qemu-virt64-riscv 、 allwinner 下 d1/d1s 等bsp，復(fù)制對應(yīng)的 link.ld 文件，并根據(jù)自己的芯片、開發(fā)板內(nèi)存修改 Memory layout。

MEMORY
{
SRAM : ORIGIN = 0x50100000, LENGTH = 63M
}
SECTIONS
{
. = 0x50100000 ;
}
該地址為rt-smart程序開始地址，與bootload、opensbi等跳轉(zhuǎn)地址一致。

中斷
bl808-d0核工作在S態(tài)，中斷相關(guān)操作與M態(tài)不一樣，同樣不能使用原廠SDK中的相關(guān)接口，rt-thread提供相關(guān)S態(tài)下中斷管理的一系列函數(shù)。包括：

rt_hw_interrupt_init()
rt_hw_interrupt_install()
rt_hw_interrupt_mask()
rt_hw_interrupt_umask()
操作S態(tài)下的外設(shè)中斷時(shí)需使用這一套接口，相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)在libcpu/risc-v/t-head/c906/interrupt.c文件下。

Kconfig 配置
bl808-d0核運(yùn)行在S態(tài)，必須開啟ARCH_RISCV64、ARCH_MM_MMU、RT_USING_CACHE這三個(gè)宏，否則會(huì)編譯不過。
bl808相關(guān)配置在bsp/bouffalo_lab/bl808/d0/board/Kconfig下。

config BSP_USING_BL808
bool
select ARCH_RISCV64
select RT_USING_COMPONENTS_INIT
select RT_USING_USER_MAIN
select RT_USING_CACHE
select ARCH_MM_MMU
select BL808_CORE_D0
default y
同時(shí)在上文啟動(dòng)相關(guān)流程中講到需要配置棧空間大小

config STACKSIZE
int "stack size for interrupt"
default 4096
相關(guān)配置在bsp/bouffalo_lab/bl808/d0/Kconfig下。

芯片相關(guān)PLIC地址、IRQ數(shù)量、STimer頻率配置
C906相關(guān)中斷管理、STimer管理都已經(jīng)在libcpu/risc-v/t-head/c906下實(shí)現(xiàn)，需要對相關(guān)地址、數(shù)量通過宏配置。相關(guān)配置在bsp/bouffalo_lab/bl808/d0/board/Kconfig下
config C906_PLIC_PHY_ADDR
hex
default 0xe0000000
config IRQ_MAX_NR
int
default 64
config TIMER_CLK_FREQ
int
default 1000000
完成以上配置， bl808-d0 核可以正常工作在S態(tài)下，可以使用 RT-Thread 標(biāo)準(zhǔn)版，需要使用 rt-smart 版還需要完成一些 rt-smart 對應(yīng)的 mmu 初始化、頁表建立等工作。

SMART初始化
bl808-d0核可以正常工作在S態(tài)下，可以通過在Kconfig中選中 RT-Thread Kernel -> Enable RT-Thread Smart (microkernel on kernel/userland) 即可是能rt-smart。
使能 rt-smart 后，在Kconfig根選項(xiàng)中，會(huì)顯示 The virtural address of kernel start 選項(xiàng)，該地址為內(nèi)核虛擬地址起始地點(diǎn)，bl808-d0核配置為0x50000000。

heap和頁表地址配置
在board.h中根據(jù)實(shí)際芯片或開發(fā)板當(dāng)前RAM情況做配置

extern unsigned int __bss_start;
extern unsigned int __bss_end;
#ifndef RT_USING_SMART
#define KERNEL_VADDR_START 0x0
#endif
#define RT_HW_HEAP_BEGIN ((void *)&__bss_end)
#define RT_HW_HEAP_END ((void *)(RT_HW_HEAP_BEGIN + 16 * 1024 * 1024))
#define RT_HW_PAGE_START RT_HW_HEAP_END
#define RT_HW_PAGE_END ((void *)(KERNEL_VADDR_START + 64 * 1024 * 1024))
bl808芯片內(nèi)封了64M高速psarm，將64M內(nèi)存做了適當(dāng)劃分，分給heap和page。
并在board.c中做了相關(guān)page映射：

rt_region_t init_page_region = {(rt_size_t)RT_HW_PAGE_START, (rt_size_t)RT_HW_PAGE_END};
mmu頁表相關(guān)地址配置
struct mem_desc platform_mem_desc[] = {
{KERNEL_VADDR_START, (rt_size_t)RT_HW_PAGE_END - 1, (rt_size_t)ARCH_MAP_FAILED, NORMAL_MEM},
{0x1000, ((KERNEL_VADDR_START - 1) & 0xfffff000) - 1, (rt_size_t)ARCH_MAP_FAILED, DEVICE_MEM},
};
#define NUM_MEM_DESC (sizeof(platform_mem_desc) / sizeof(platform_mem_desc[0]))
其中DEVICE_MEM項(xiàng)將0x1000~0x4FFF1000做了1:1映射，這樣操作 bl808 外設(shè)的時(shí)候，在 0x50000000 之前的寄存器就不需要在做 ioremap 了。否則會(huì)出現(xiàn)如下異常

Unhandled Exception 7:Store/AMO Access Fault
scause:0x0000000000000007,stval:0x0000000010201000,sepc:0x00000000500248b4
--------------Dump Registers-----------------
Function Registers:
ra(x1) = 0x0000000050024cca user_sp = 0x000000005003f840
gp(x3) = 0x000000005003c0a0 tp(x4) = 0x0000000000000000
Temporary Registers:
t0(x5) = 0x0000000000004000 t1(x6) = 0x0000000000000000
t2(x7) = 0x0000000000000001
t3(x28) = 0x0000000000000000 t4(x29) = 0x0000000000000000
t5(x30) = 0x0000000000000000 t6(x31) = 0x0000000000000000
Saved Registers:
s0/fp(x8) = 0x000000005003f860 s1(x9) = 0x0000000000000000
s2(x18) = 0x0000000000000000 s3(x19) = 0x0000000000000000
s4(x20) = 0x0000000000000000 s5(x21) = 0x0000000000000000
s6(x22) = 0x0000000000000000 s7(x23) = 0x0000000000000000
s8(x24) = 0x0000000000000000 s9(x25) = 0x0000000000000000
s10(x26) = 0x0000000000000000 s11(x27) = 0x0000000000000000
Function Arguments Registers:
a0(x10) = 0x0000000000000000 a1(x11) = 0x0000000010201000
a2(x12) = 0x0000000000000004 a3(x13) = 0x0000000000000080
a4(x14) = 0x0000000000000000 a5(x15) = 0x0000000010201000
a6(x16) = 0xfefefefefefefeff a7(x17) = 0x0000000000000007
sstatus = 0x0000000200040100
Supervisor Interrupt Disabled
Last Time Supervisor Interrupt Disabled
Last Privilege is Supervisor Mode
Permit to Access User Page
Not Permit to Read Executable-only Page
satp = 0x800000000005006f
Current Page Table(Physical) = 0x000000005006f000
Current ASID = 0x0000000000000000
Mode = Page-based 39-bit Virtual Addressing Mode
-----------------Dump OK---------------------
--------------Thread list--------------
current thread: (NULL)
--------------Backtrace--------------
riscv64-unknown-linux-musl-addr2line -e rtthread.elf -a -f 00000000500248b0
在rt_hw_board_init()函數(shù)中，進(jìn)入函數(shù)后，添加
#ifdef RT_USING_SMART
/* init data structure */
rt_hw_mmu_map_init(&rt_kernel_space, (void *)(IOREMAP_VEND - IOREMAP_SIZE), IOREMAP_SIZE, (rt_size_t )MMUTable, PV_OFFSET);
/ init page allocator /
rt_page_init(init_page_region);
/ setup region, and enable MMU */
rt_hw_mmu_setup(&rt_kernel_space, platform_mem_desc, NUM_MEM_DESC);
#endif
對mmu做地址映射，建立頁表等初始化工作，并在最后啟動(dòng) mmu。
然后與RT-Thread標(biāo)準(zhǔn)版流程一致，完成heap、interrupt、uart等硬件初始化后，就可以正常啟動(dòng)rt-smart了。

bl808 rt-thread bsp
當(dāng)前 bl80 8的 bsp 已實(shí)現(xiàn)三核同時(shí)啟動(dòng)，位于 bsp/bouffalo_lab/bl808，三核分別采用了不同的 RT-Thread 版本。