2020-08-13 11:44:46 +00:00
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ULP-RISC-V 协处理器编程
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:link_to_translation:`en:[English]`
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.. toctree::
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:maxdepth: 1
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ULP-RISC-V 协处理器是 ULP 的一种变体,用于 ESP32-S2。与 ULP 类似,ULP-RISC-V 协处理器可以在主处理器处于低功耗模式时执行传感器读数等任务。ULP-RISC-V 与 ULP-FSM 的主要区别在于可以使用标准 GNU 工具、以 C 语言进行编程。ULP-RISC-V 可以访问 RTC_SLOW_MEM 内存区域及 RTC_CNTL、RTC_IO、SARADC 等外设寄存器。RISC-V 处理器是一种 32 位定点处理器,指令集基于 RV32IMC,包括硬件乘除法和压缩指令。
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安装 ULP-RISC-V 工具链
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ULP-RISC-V 协处理器代码以 C 语言编写(也可能是汇编语言),使用 `riscv-embedded toolchain`_ 进行编译。
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如果你已依照 :doc:`快速入门指南 <../../get-started/index>` 中的介绍安装好了 ESP-IDF 及其 CMake 构建系统,还需要在 IDF 文件夹中执行以下指令,安装 ULP-RISC-V 工具链::
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$ idf_tools.py install riscv-none-embed-gcc
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编译 ULP-RISC-V 代码
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要将 ULP-RISC-V 代码编译为某组件的一部分,必须执行以下步骤:
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1. ULP-RISC-V 代码以 C 语言或汇编语言编写(必须使用 `.S` 扩展名),必须放在组件目录中一个独立的目录中,例如 `ulp/`。
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.. 注意:当注册组件时(通过 ``idf_component_register``),该目录不应被添加至 ``SRC_DIRS`` 参数,因为目前 ULP-FSM 需要进行此步骤。如何正确添加 ULP 源文件,请见以下步骤。
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2. 注册后从组件 CMakeLists.txt 中调用 ``ulp_embed_binary`` 示例如下::
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...
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idf_component_register()
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set(ulp_app_name ulp_${COMPONENT_NAME})
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set(ulp_sources "ulp/ulp_c_source_file.c" "ulp/ulp_assembly_source_file.S")
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set(ulp_exp_dep_srcs "ulp_c_source_file.c")
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ulp_embed_binary(${ulp_app_name} "${ulp_sources}" "${ulp_exp_dep_srcs}")
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``ulp_embed_binary`` 的第一个参数指定生成的 ULP 二进制文件名。生成的其他文件,
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如 ELF 文件、.map 文件、头文件和链接器导出文件等也可使用此名称。第二个参数指定 ULP 源文件。
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最后,第三个参数指定组件源文件列表,其中包括生成的头文件。
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此列表用以正确构建依赖,并确保在构建过程中先生成后编译包含头文件的源文件。
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请参考下文,查看为 ULP 应用程序生成的头文件等相关概念。
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3. 使用常规方法(例如 `idf.py app`)编译应用程序
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在内部,构建系统将按照以下步骤编译 ULP 程序:
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1. **通过 C 编译器和汇编器运行每个源文件。** 此步骤在组件编译目录中生成目标文件(.obj.c 或 .obj.S,取决于处理的源文件)。
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2. **通过 C 预处理器运行链接器脚本模版。** 模版位于 ``components/ulp/ld`` 目录中。
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4. **将目标文件链接到 ELF 输出文件** (``ulp_app_name.elf``)。此步骤生成的 .Map 文件默认用于调试 (``ulp_app_name.map``)。
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5. **将 ELF 文件中的内容转储为二进制文件** (``ulp_app_name.bin``),以便嵌入到应用程序中。
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6. 使用 ``riscv-none-embed-nm`` 在 ELF 文件中 **生成全局符号列表** (``ulp_app_name.sym``)。
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7. **创建 LD 导出脚本和头文件** (``ulp_app_name.ld`` 和 ``ulp_app_name.h``),包含来自 ``ulp_app_name.sym`` 的符号。此步骤可借助 ``esp32ulp_mapgen.py`` 工具来完成。
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8. **将生成的二进制文件添加到要嵌入应用程序的二进制文件列表中。**
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访问 ULP-RISC-V 程序变量
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在 ULP-RISC-V 程序中定义的全局符号也可以在主程序中使用。
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例如,ULP-RISC-V 程序可以定义 ``measurement_count`` 变量,此变量可以定义程序从深度睡眠中唤醒芯片之前需要进行的 ADC 测量的次数。
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.. code-block:: c
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volatile int measurement_count;
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int some_function()
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{
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//read the measurement count for use it later.
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int temp = measurement_count;
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...do something.
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}
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构建系统生成定义 ULP 编程中全局符号的 ``${ULP_APP_NAME}.h`` 和 ``${ULP_APP_NAME}.ld`` 文件,使主程序能够访问全局 ULP-RISC-V 程序变量。上述两个文件包含 ULP 程序中定义的所有全局符号,且这些符号均以 ``ulp_`` 开头,。
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头文件包含对此类符号的声明
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.. code-block:: c
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extern uint32_t ulp_measurement_count;
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注意,所有符号(包括变量、数组、函数)均被声明为 ``uint32_t``。 函数和数组需要先获取符号地址、再转换为适当的类型。
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生成的链接器文本定义了符号在 RTC_SLOW_MEM 中的位置::
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PROVIDE ( ulp_measurement_count = 0x50000060 );
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要从主程序访问 ULP-RISC-V 程序变量,需使用 ``include`` 语句包含生成的头文件。这样,就可以像访问常规变量一样访问 ULP 程序变量。
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.. code-block:: c
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#include "ulp_app_name.h"
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void init_ulp_vars() {
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ulp_measurement_count = 64;
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}
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启动 ULP-RISC-V 程序
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要运行 ULP-RISC-V 程序,主程序需要调用 :cpp:func:`ulp_riscv_load_binary` 函数,将 ULP 程序加载到 RTC 内存中,然后调用 :cpp:func:`ulp_riscv_run` 函数,启动 ULP-RISC-V 程序。
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注意,必须在 menuconfig 中启用 `CONFIG_ESP32S2_ULP_COPROC_ENABLED` 和 `CONFIG_ESP32S2_ULP_COPROC_RISCV` 选项,以便为 ULP 预留内存。"RTC slow memory reserved for coprocessor" 选项设置的值必须足够存储 ULP 代码和数据。如果应用程序组件包含多个 ULP 程序,RTC 内存必须足以容纳最大的程序。
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每个 ULP-RISC-V 程序均以二进制 BLOB 的形式嵌入到 ESP-IDF 应用程序中。应用程序可以引用此 BLOB,并以下面的方式加载此 BLOB(假设 ULP_APP_NAME 已被定义为 ``ulp_app_name``):
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.. code-block:: c
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extern const uint8_t bin_start[] asm("_binary_ulp_app_name_bin_start");
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extern const uint8_t bin_end[] asm("_binary_ulp_app_name_bin_end");
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void start_ulp_program() {
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ESP_ERROR_CHECK( ulp_riscv_load_binary( bin_start,
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(bin_end - bin_start)) );
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}
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.. doxygenfunction:: ulp_riscv_load_binary()
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一旦上述程序加载到 RTC 内存后,应用程序即可调用 :cpp:func:`ulp_riscv_run` 函数启动此程序:
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.. code-block:: c
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ESP_ERROR_CHECK( ulp_riscv_run() );
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.. doxygenfunction:: ulp_riscv_run()
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ULP-RISC-V 程序流
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ULP-RISC-V 协处理器由定时器启动,调用 :cpp:func:`ulp_riscv_run` 即可启动定时器。定时器为 RTC_SLOW_CLK 的 Tick 事件计数(默认情况下,Tick 由内部 90 kHz RC 振荡器产生)。Tick 数值使用 ``RTC_CNTL_ULP_CP_TIMER_1_REG`` 寄存器设置。启用 ULP 时,使用 ``RTC_CNTL_ULP_CP_TIMER_1_REG`` 设置定时器 Tick 数值。
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此应用程序可以调用 :cpp:func:`ulp_set_wakeup_period` 函数来设置 ULP 定时器周期值 (RTC_CNTL_ULP_CP_TIMER_1_REG)。
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一旦定时器为所选的 ``RTC_CNTL_ULP_CP_TIMER_1_REG`` 寄存器的 Tick 事件计数,ULP 协处理器就会启动,并调用 :cpp:func:`ulp_riscv_run` 的入口点开始运行程序。
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程序保持运行,直至 ``RTC_CNTL_COCPU_CTRL_REG`` 寄存器中的 ``RTC_CNTL_COCPU_DONE`` 字段被置位或因非法处理器状态出现陷阱。一旦程序停止,ULP 协处理器会关闭电源,定时器再次启动。
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如需禁用定时器(有效防止 ULP 程序再次运行),请清除 ``RTC_CNTL_STATE0_REG`` 寄存器中的 ``RTC_CNTL_ULP_CP_SLP_TIMER_EN`` 位,此项操作可在 ULP 代码或主程序中进行。
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.. _riscv-embedded toolchain: https://xpack.github.io/riscv-none-embed-gcc/
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