<h1 id="%E4%BD%9C%E3%82%8B%E3%81%A3%E3%81%A6%E3%81%A9%E3%81%93%E3%81%8B%E3%82%89%3F">
<a class="header-anchor-link" href="#%E4%BD%9C%E3%82%8B%E3%81%A3%E3%81%A6%E3%81%A9%E3%81%93%E3%81%8B%E3%82%89%3F" aria-hidden="true"></a> 作るってどこから?</h1>
<p>CH32Vという格安の32ビットRISC-VのMCUシリーズで動くソフトウェアを作ります。今回は<a href="https://akizukidenshi.com/catalog/g/g118063/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">CH32V203K8T6という1個120円で買えるMCU</a>を使いました。</p>
<p>こういう組み込み用のMCUにソフトウェアを書く場合、MCUメーカーから配布されるIDE相当のものを使うのがセオリーです。またArduino IDEで使える場合もありますし、最近だと<a href="https://platformio.org/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Platform IO</a>がいろんな組み込みMCUに対して使えたりするらしいですね。でもね…IDEとか使いたくないの、全部コマンドラインでやりたいの、クロスコンパイル環境を自分で構築したいの、そんな気分なの。</p>
<p>なのでツールチェイン、いわゆるCコンパイラとして必須なbinutils, gcc, newlibの3点セットのビルドから初めて、MCUを変換基板にハンダ付けしてブレッドボードに簡易な回路を組んで、LED点滅(通称Lチカ)+シリアル(UART)通信のHello WorldをコンパイルできるMakefileを書いて、それを実際のMCUに書き込んで動作確認取れたところまでを端折って紹介します。</p>
<h1 id="%E3%83%84%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%81%E3%82%A7%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%81%AE%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%AB">
<a class="header-anchor-link" href="#%E3%83%84%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%83%81%E3%82%A7%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%81%AE%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%82%B9%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%91%E3%82%A4%E3%83%AB" aria-hidden="true"></a> ツールチェインのクロスコンパイル</h1>
<p>今どきはC言語のコンパイラといえばLLVMとclangが有名ですが、クロスコンパイルですし安定と実績のgccを使いました。私は遠い過去に32ビットARM向けのクロスコンパイル環境をビルドしてたこともあるので、その手順を思い出す(もしくは現在の知識で理解しなおす)意味合いもあります。</p>
<p>今回はWindows環境を用いました。組み込みの開発環境と言えばなんだかんだWindowsがファーストクラスなところがあります。なので<a href="https://www.msys2.org/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">msys2</a>のMINGW上の<a href="https://github.com/msys2/MINGW-packages/tree/master/mingw-w64-riscv64-unknown-elf-gcc" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">RISC-V向けgcc</a>を利用します。とはいえコンパイル済みバイナリには<code>riscv64</code>の表記がありなんか嫌な予感がしたので<a href="https://github.com/koron/mingw-w64-x86_64-riscv32-unknown-elf-toolchain" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">riscv32向けにコンパイルしなおしました</a>。リンク先には私がコンパイルしたパッケージも置いてあります。</p>
<aside class="msg message"><span class="msg-symbol">!</span><div class="msg-content">
<p>実際に、riscv64ベースだとリンカに一部パラメータ(ARCH&amp;ABI)が正しく伝わらず、まだリンクできていない。コンパイルはできた。</p>
</div></aside>
<p>やったことはMINGWのパッケージビルドシステムに乗っかり、<code>riscv64</code>向けの設定を<code>riscv32</code>に書き換えてビルドするだけなので難しいことはないでしょう。<code>PKGBUILD</code>ファイルの中身を見て、必要な手順を理解するのです。</p>
<p>最大のポイントはビルドの順序です。newlibとgccの間には循環参照があるためブートストラップが複雑になっています。</p>
<ol>
<li>binutils (リンカ等)をビルド&amp;インストール</li>
<li>gccをminimalな設定でビルド</li>
<li>newlibを2のminimal gccでビルド&amp;インストール</li>
<li>gccをビルド&amp;インストール</li>
<li>(オプション?) newlibを4のgccでビルド&amp;インストール</li>
</ol>
<p>なおビルドするには時間がかなりかかります。半日から1日を覚悟しましょう。これは./configureに非常に時間がかかるせいであり、コンパイルは並列度を高めれば十分速いのです。msys2の悲しい性(さが)だと甘受しましょう。</p>
<h1 id="%E3%83%96%E3%83%AC%E3%83%83%E3%83%89%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%83%89%E3%81%AB%E8%A9%A6%E9%A8%93%E7%94%A8%E3%81%AE%E5%9B%9E%E8%B7%AF%E3%82%92%E7%B5%84%E3%82%80">
<a class="header-anchor-link" href="#%E3%83%96%E3%83%AC%E3%83%83%E3%83%89%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%83%89%E3%81%AB%E8%A9%A6%E9%A8%93%E7%94%A8%E3%81%AE%E5%9B%9E%E8%B7%AF%E3%82%92%E7%B5%84%E3%82%80" aria-hidden="true"></a> ブレッドボードに試験用の回路を組む</h1>
<p>CH32V203K8T6はQFPという小さなパッケージなので、そのままではブレッドボードに刺さりません。なので<a href="https://akizukidenshi.com/catalog/g/g109581" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">変換基板</a>を使います。0.8mmピッチのQFPのハンダ付けはRP2040の0.4mmを体験した後だと、ぶっちゃけると余裕です。</p>
<p>そのあとは<a href="https://www.wch-ic.com/downloads/CH32V20x_30xDS0_PDF.html" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">CH32V203のデータシート</a>とにらめっこしつつ、必要最小限の周辺回路を組みました。もともとCH32Vの周辺回路は簡単なのですが、今回は<a href="https://akizukidenshi.com/catalog/g/g117185/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">ブレッドボードが電源を生成してくれる</a>ので、さらに簡単になっています。<s>このブレッドボードは秋月電子で買ったはずだけど、現在は扱ってなさそうですし、円高でえらく値上がりしてますね。</s>(調べなおしたら2400円で売ってました) あとはUSBから書き込めるようにするための信号線とブートモード切替のスイッチを付け、Lチカ+シリアル(UART)printfができるようにするためにいくつかの部品を追加します。以下が完成図です。</p>
<p><img src="https://storage.googleapis.com/zenn-user-upload/4b63e6d1c02e-20240414.png" alt="試験用回路" loading="lazy" class="md-img"></p>
<p>RP2040やATMEGA32U4に比べると極めてシンプルなのが見るからにわかるんじゃないでしょうか。またLEDには抵抗内蔵のものを利用しているため、ブレッドボード上にはLED抵抗が省略されています。</p>
<h1 id="l%E3%83%81%E3%82%AB%E7%94%A8%E3%81%AEmakefile%E3%82%92%E6%9B%B8%E3%81%8F">
<a class="header-anchor-link" href="#l%E3%83%81%E3%82%AB%E7%94%A8%E3%81%AEmakefile%E3%82%92%E6%9B%B8%E3%81%8F" aria-hidden="true"></a> Lチカ用のMakefileを書く</h1>
<p>このCH32V203用のプログラムとそれをビルドするMakefileを用意します。<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">メーカーがSDKを公開している</a>ので、まずそれをよく眺めます。<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/EVT/EXAM" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">EVT/EXAM</a>に各種のプログラム例が収録されてます。さらに良く見ると<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/EVT/EXAM/GPIO/GPIO_Toggle" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">EVT/EXAM/GPIO/GPIO_Toggle</a>はまさにLチカ+UARTによるprintfを使ってそうですね。</p>
<p>使えそうなサンプルが見つかったところで、ビルド方法が記録されてないか引続きSDKを探します。そうしてMakefile他が記録された<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/C%2B%2B/Use%20MRS%20Create%20C%2B%2B%20project-example/CH32V203C8T6%2B%2B/obj" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">obj</a>を見つけました。これがあったおかげで必要なビルドの手続きを知るのに大幅な時間短縮ができました。どうもIDEが生成したファイルみたいですね。</p>
<p>で、これらの情報からすったもんだしてできたのがこのプロジェクト:<a href="https://github.com/koron/helloworld-ch32v203/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">koron/helloworld-ch32v203</a>です。とりあえずmake一発で最初にビルドしたツールチェインを使って、書き込みに利用できるelf, hexファイルが生成できるようになりました。本当は再利用可能なように綺麗な作りにしたいのですが、まずは動作確認ということで<a href="https://github.com/koron/helloworld-ch32v203/blob/main/Makefile" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Makefile</a>やプロジェクト構造はやっつけ仕事。でも読めばわかる程度にはすっきり書いたつもりです。</p>
<h2 id="%E8%A3%9C%E8%B6%B3%3A-sdk%E3%81%AE%E6%A7%8B%E9%80%A0%E3%81%AE%E3%83%A1%E3%83%A2">
<a class="header-anchor-link" href="#%E8%A3%9C%E8%B6%B3%3A-sdk%E3%81%AE%E6%A7%8B%E9%80%A0%E3%81%AE%E3%83%A1%E3%83%A2" aria-hidden="true"></a> 補足: SDKの構造のメモ</h2>
<p>SDKを眺めるなかで分かったおおよその構造。必須もしくはほぼ必須のもの</p>
<ul>
<li>
<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/C%2B%2B/Use%20MRS%20Create%20C%2B%2B%20project-example/CH32V203C8T6%2B%2B/Startup" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Startup</a> - アセンブラで書かれたスタート(エントリ)ポイント。この子が無いとプログラムが動かない</li>
<li>
<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/C%2B%2B/Use%20MRS%20Create%20C%2B%2B%20project-example/CH32V203C8T6%2B%2B/Core" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Core</a> - コアCPUにアクセスするライブラリ</li>
<li>
<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/C%2B%2B/Use%20MRS%20Create%20C%2B%2B%20project-example/CH32V203C8T6%2B%2B/Peripheral" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Peripheral</a> - MCUのコア以外の周辺回路(機能)のためのコードライブラリ</li>
<li>
<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/C%2B%2B/Use%20MRS%20Create%20C%2B%2B%20project-example/CH32V203C8T6%2B%2B/Debug" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Debug</a> - デバッグ用のライブラリ。とはいえ短時間スリープ機能がココに実装されているのでほぼ必須といって良い</li>
<li>
<a href="https://github.com/openwch/ch32v20x/tree/main/C%2B%2B/Use%20MRS%20Create%20C%2B%2B%20project-example/CH32V203C8T6%2B%2B/Ld" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Ld</a> - リンカスクリプトが置いてある。データシートに書かれたメモリマップ通りに配置するためのもの。自前で書くのはしんどいので、含まれてて良かった</li>
</ul>
<h1 id="mcu%E3%81%B8%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%A0%E3%82%92%E6%9B%B8%E3%81%8D%E8%BE%BC%E3%82%93%E3%81%A7%E5%8B%95%E4%BD%9C%E7%A2%BA%E8%AA%8D">
<a class="header-anchor-link" href="#mcu%E3%81%B8%E3%83%97%E3%83%AD%E3%82%B0%E3%83%A9%E3%83%A0%E3%82%92%E6%9B%B8%E3%81%8D%E8%BE%BC%E3%82%93%E3%81%A7%E5%8B%95%E4%BD%9C%E7%A2%BA%E8%AA%8D" aria-hidden="true"></a> MCUへプログラムを書き込んで動作確認</h1>
<p>あとはビルドしたプログラムをMCUへ書き込むだけです。SDKによれば専用ハードを使うみたいですが、実はUSBからでも書けるということでやってみました。</p>
<p>書き込みには<a href="https://github.com/ch32-rs/wchisp" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">ch32-rs/wchisp</a>を使いました。CH32V203K8T6はBOOT0をプルアップした状態で電源を入れるとブートモードに入りwchispと通信できる状態になります。WindowsではWinUSBというドライバが必須なので、ブートモード状態のMCUを「不明なデバイス」として認識させた状態で、<a href="https://zadig.akeo.ie/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">Zadig</a>を起動してWinUSBをインストールしました。ただWinUSBを入れた後でもこんな感じになってます。エラーにも警告にもなってないのでヨシ。</p>
<p><img src="https://storage.googleapis.com/zenn-user-upload/8de4e5c5d7f8-20240414.png" loading="lazy" class="md-img"></p>
<p>こうなれば<code>wchisp info</code>でチップの情報が見え、また<code>wchisp flash {name}.hex</code>でプログラムを書き込め、意図通りにLチカ+シリアル(UART)printfの動作確認がとれました。</p>
<p><img src="https://storage.googleapis.com/zenn-user-upload/70475c76a581-20240414.png" alt="wchisp infoの例" loading="lazy" class="md-img"><br>
<img src="https://storage.googleapis.com/zenn-user-upload/3e8fa7a8fc4d-20240414.png" alt="動作してるところ" loading="lazy" class="md-img"></p>
<h1 id="%E3%81%8A%E3%81%93%E3%81%A8%E3%82%8F%E3%82%8A">
<a class="header-anchor-link" href="#%E3%81%8A%E3%81%93%E3%81%A8%E3%82%8F%E3%82%8A" aria-hidden="true"></a> おことわり</h1>
<p>この記事ではストレートにできたかのように書いてますが、実際はそれなりにハマったり試行錯誤したりしています。</p>
<h1 id="%E5%8F%82%E8%80%83%E8%B3%87%E6%96%99">
<a class="header-anchor-link" href="#%E5%8F%82%E8%80%83%E8%B3%87%E6%96%99" aria-hidden="true"></a> 参考資料</h1>
<ul>
<li>
<a href="https://www.wch-ic.com/products/CH32V203.html" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">CH32V203の製品情報</a>: 公式な情報の起点</li>
<li><a href="https://github.com/openwch/ch32v20x" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">CH32V203を含むシリーズのSDK</a></li>
<li><a href="https://akizukidenshi.com/catalog/g/g118063/" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">CH32V203K8T6販売店ページ</a></li>
<li>
<a href="https://github.com/ch32-rs/wchisp" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">ch32-rs/wchisp</a> Rust製の操作コマンド</li>
<li>
<a href="https://74th.hateblo.jp/entry/ch32v-platformio" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">WCHのRISC-VマイコンCH32Vを公式SDKを使って、VS CodeのPlatformIOで開発する</a> 74thさんの制作ログ</li>
<li>
<a href="https://github.com/koron/mingw-w64-x86_64-riscv32-unknown-elf-toolchain" target="_blank" rel="nofollow noopener noreferrer">koron/mingw-w64-x86_64-riscv32-unknown-elf-toolchain</a> ツールチェインを自前でビルドしてみたい人向け</li>
</ul>


RISC-Vのソフトウェアを(限りなくゼロから)作る

ツールチェインのクロスコンパイル

ブレッドボードに試験用の回路を組む

MCUへプログラムを書き込んで動作確認

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