1.描述适配RT-Thread与调度相关的主要的API有哪些？这些API在哪些场景会使用？

移植RT-Thread新的内核的过程中，为了能让各个线程正常地调度，需要对于该内核重写/libcpu中定义的以下API：

(1)上下文切换函数：

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//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_to(rt_uint32_t to);

//用于线程和线程之间的切换，从 from 线程切换到 to 线程
void rt_hw_context_switch(rt_uint32_t from, rt_uint32_t to);

//用于中断里面进行切换的时候使用，从 from 线程切换到 to 线程
void rt_hw_context_switch_interrupt(rt_uint32_t from, rt_uint32_t to);

(2)全局中断控制：调度器依赖全局中断的开关来保证临界区的安全，需实现以下API：

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//关闭全局中断
rt_base_t rt_hw_interrupt_disable(void);

//打开全局中断 
void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level);

(3)线程栈初始化：初始化线程栈结构，构造首次运行的上下文（如入口函数地址、参数、返回地址等），在创建/初始化一个线程时使用

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rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void *tentry, void *parameter, rt_uint8_t *stack_addr, void *texit);

2.描述上下文切换的过程？以RISC-V为例。

上下文的切换可以分为：线程与线程之间的上下文切换与中断与线程之间的上下文切换两类，它们的切换过程有一定的区别：

(1)线程与线程之间的上下文切换过程：

在线程上下文中，如果调用rt_hw_context_switch()，则将发生上下文的切换，其具体步骤如下（以单核RV32E架构的CPU为例分析）：

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# libcpu/risc-v/common/context_gcc.S
rt_hw_context_switch:
    /* saved from thread context
     *     x1/ra       -> sp(0)
     *     x1/ra       -> sp(1)
     *     mstatus.mie -> sp(2)
     *     x(i)        -> sp(i-4)
     */
    addi  sp,  sp, -16 * REGBYTES
    
    STORE sp,  (a0)

    STORE x1,   0 * REGBYTES(sp)
    STORE x1,   1 * REGBYTES(sp)

    csrr a0, mstatus
    andi a0, a0, 8
    beqz a0, save_mpie
    li   a0, 0x80
save_mpie:
    STORE a0,   2 * REGBYTES(sp)

    STORE x4,   4 * REGBYTES(sp)
    STORE x5,   5 * REGBYTES(sp)
    STORE x6,   6 * REGBYTES(sp)
    STORE x7,   7 * REGBYTES(sp)
    STORE x8,   8 * REGBYTES(sp)
    STORE x9,   9 * REGBYTES(sp)
    STORE x10, 10 * REGBYTES(sp)
    STORE x11, 11 * REGBYTES(sp)
    STORE x12, 12 * REGBYTES(sp)
    STORE x13, 13 * REGBYTES(sp)
    STORE x14, 14 * REGBYTES(sp)
    STORE x15, 15 * REGBYTES(sp)
    /* restore to thread context
     * sp(0) -> epc;
     * sp(1) -> ra;
     * sp(i) -> x(i+2)
     */
    LOAD sp,  (a1)

    j rt_hw_context_switch_exit
    
rt_hw_context_switch_exit:
    /* resw ra to mepc */
    LOAD a0,   0 * REGBYTES(sp)
    csrw mepc, a0

    LOAD x1,   1 * REGBYTES(sp)
    li    t0, 0x1800

    csrw  mstatus, t0
    LOAD a0,   2 * REGBYTES(sp)
    csrs mstatus, a0

    LOAD x4,   4 * REGBYTES(sp)
    LOAD x5,   5 * REGBYTES(sp)
    LOAD x6,   6 * REGBYTES(sp)
    LOAD x7,   7 * REGBYTES(sp)
    LOAD x8,   8 * REGBYTES(sp)
    LOAD x9,   9 * REGBYTES(sp)
    LOAD x10, 10 * REGBYTES(sp)
    LOAD x11, 11 * REGBYTES(sp)
    LOAD x12, 12 * REGBYTES(sp)
    LOAD x13, 13 * REGBYTES(sp)
    LOAD x14, 14 * REGBYTES(sp)
    LOAD x15, 15 * REGBYTES(sp)

    addi sp,  sp, 16 * REGBYTES
    
    mret

  • 当前线程上下文的保存：

    • 为当前线程的线程栈分配空间，并更新当前线程的TCB的sp指针

    • 将当前线程的ra寄存器的值保存到此线程的线程栈中

    • 读取mstatus寄存器的MIE位，检查中断的开启状态

      • 如果开了中断（mstatus.MIE=1），则把立即数0x80加载到a0寄存器
      • 没开中断的话直接继续往下运行

    • 将mstatus寄存器的MIE位和剩余通用寄存器压入线程栈

  • 恢复目标线程上下文

    • 切换CPU的sp指针指向目标线程的线程栈
    • 恢复mepc和ra寄存器的值
    • 设置mstatus寄存器的值，其中MPP位为11，即返回时特权等级为M-mode
    • 恢复通用寄存器
    • 释放当前线程栈的部分空间
    • 通过mret返回，根据MPP恢复特权等级，跳转到mpec继续执行

(2)中断与线程之间的上下文切换过程：

  • 在中断上下文中，调用rt_hw_context_switch_interrupt()来触发上下文的切换，在其内部设置好rt_interrupt_from_thread和rt_interrupt_to_thread以及rt_thread_switch_interrupt_flag，然后通过rt_trigger_software_interrupt触发软中断
  • 当当前中断结束后，在软中断的中断处理函数SW_handler中，如果上下文切换的标志位rt_thread_switch_interrupt_flag为1，则进行上下文的切换：
    • 保存mepc寄存器到当前线程的线程栈中
    • 将CPU的sp切换到目标线程的线程栈
    • 从目标线程的线程栈中恢复mpec、ra以及各个通用寄存器
    • 设置mstatus来指定mret后的特权等级
    • 通过mret返回，根据MPP恢复特权等级，跳转到mpec继续执行

3.描述使用Kconfig的目的？

Kconfig文件通常用于构建大型项目（比如RT-Thread、Linux内核、BuildRoot…）时对其进行裁剪

Kconfig文件一般以树状形式分布在源码的各级目录，并结合配置UI界面（比如menuconfig）一起使用

在配置UI界面中完成项目的编译配置后，会得到一个.config文件，保存当前的配置选择，在RT-Thread中还会根据此文件生成一个rtconfig.h的文件，后续编译的时候，根据用户配置来进行条件编译或宏展开，从而达到项目裁剪的目的

4.描述Scons构建工具的作用？RT-Thread是如何使用的？

SCons是一个类似于Make的代码构建工具，它通过解析Python脚本（SConstruct、SConscript）来进行用户指定的构建行为

RT-Thread对于每个BSP项目，通过以下3类文件进行编译配置：

  • SConstruct：一个BSP项目只有一个，它是SCons的入口脚本，初始化了SCons构建RT-Thread所需的必要环境
  • SConscript：一个BSP项目的中会有多个，通常每级子目录都会有一个，控制当前级别下的源码构建行为
  • rtconfig.py：控制SCons构建的配置文件，存放了如工具链，构建参数等配置

5.玄铁的内核有哪几类？是否使用过玄铁的RISC-V内核的芯片或者其他RISC-V内核的芯片？

玄铁的内核有3大类，它们主要使用RISC-V ISA或玄铁自制的C-SKY ISA

  • C系列：面向高性能计算场景，支持AI加速和复杂任务处理
  • E系列：面向嵌入式MCU场景，低功耗、高能效
  • R系列：面向工控、车载等高性能、高可靠性场景

之前没有使用过RISC-V内核的芯片。但查了下资料，了解到现在有不少SoC厂商使用了玄铁设计的RISC-V内核，比如全志的D1用了玄铁C906内核、酷芯的AR8032S使用了玄铁E906…

除了玄铁，现在市面上也有一些别的CPU内核是RISC-V ISA的，比如GD32所使用的bumblebee、CH32使用的青稞…

6.尝试编译RT-Thread现有支持的一款RISC-V内核的BSP(能运行更佳/或使用QEMU运行)，基于上述谈谈自己对适配一款新内核至RT-Thread的的想法？

参考rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv/README_cn.md at master · RT-Thread/rt-thread在qemu-virt64-riscv平台上成功运行了RT-Thread

image-20250510200656853

适配RT-Thread至一款新的CPU内核，我的想法如下：

  • 首先硬件上得有一款用了该内核的SoC/MCU以及对应开发板，或者有个用了该内核的qemu，针对此开发板或qemu（在玄铁的github上找到了它们针对玄铁内核的QEMU，不知道是不是用这个），在/bsp目录下新建目录
  • 接着我们需要实现硬件抽象层的代码的适配，比如/libcpu中对于上下文切换、中断处理相关的代码。对于RISC-V ISA来说，/libcpu/risc-v/common/中已经提供了通用的实现，通常可以直接复用，但是如果新的内核对于指令集做了些扩展，引入了新的寄存器，那么可能需要针对该内核修改一下上下文切换之类的汇编代码
  • 接着需要对该SoC的外设驱动进行适配，比如串口、GPIO…
  • 接下来需要完成构建系统的适配，在/bsp/new_soc下创建SConstruct、各级SConscript、KConfig等文件
  • 最后进行内核镜像的编译、烧录并进行测试