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# GD32E23x 工程模板
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本仓库为兆易创新 GD32E23x 系列 MCU 的 CMake + VSCode 工程模板，适合嵌入式开发快速上手和团队协作。
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## 目录
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- [适用范围](#适用范围)
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- [默认配置](#默认配置)
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- [快速开始](#快速开始)
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- [工程结构](#工程结构)
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- [板级配置](#板级配置)
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- [Flash 偏移配置（配合 Bootloader）](#flash-偏移配置配合-bootloader)
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- [工具链准备](#工具链准备)
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- [工具链切换](#工具链切换)
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- [使用说明](#使用说明)
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- [时钟配置说明](#时钟配置说明)
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- [vcpkg 依赖管理（可选）](#vcpkg-依赖管理可选)
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## 适用范围
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- 适用于兆易创新 GD32E23x 系列 Cortex-M23 内核单片机
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- 支持标准外设库开发
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- 推荐开发环境：VSCode + CMake + ARM GCC 工具链
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## 默认配置
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- MCU 主频：内部 RC 振荡器，系统时钟配置为 72MHz
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- 调试串口：USART0（PA2 TX / PA3 RX），115200 波特率
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- I2C：默认硬件 I2C0（PF0 SDA / PF1 SCL），可通过 `board_config.h` 切换为软件 I2C
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## 快速开始
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### 基于模板创建新项目
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1. **克隆或复制本仓库**
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```bash
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git clone https://gitea.hulk.wang/hulk/gd32e23x_template_cmake_vscode.git my-new-project
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cd my-new-project
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```
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2. **修改项目配置** — 编辑 `cmake/project_config.cmake`：
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```cmake
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set(PROJECT_NAME "MyProject") # 项目名称
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set(BOARD_TYPE_CODE 20) # 板卡类型码（协议帧中的标识）
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set(VERSION_MAJOR 1) # 主版本号
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set(VERSION_MINOR 0) # 次版本号
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set(VERSION_PATCH 0) # 修订号
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set(BUILD_VARIANT "APP") # 编译变体
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```
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3. **添加业务源文件** — 编辑 `CMakeLists.txt`，在 `TARGET_SRC` 中添加你的 `.c` 文件。
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4. **配置板级引脚** — 编辑 `Inc/board_config.h`，修改 I2C、UART、LED 等引脚定义。
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5. **编译**
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```bash
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cmake --preset Debug
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cmake --build Build/Debug
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```
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产物在 `Build/Debug/` 下，包含 `.elf`、`.hex`、`.bin`、`.map`、`.list`。
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### 分支说明
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| 分支 | 用途 |
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|------|------|
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| `main` | **主模板**（推荐），用于桌面端 VSCode 开发 |
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| `codex/*` | 功能开发和合并前验证分支 |
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## 工程结构
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```
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├── CMakeLists.txt # 主构建文件
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├── CMakePresets.json # CMake 预设（Debug/Release）
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├── cmake/
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│ ├── arm-none-eabi-gcc.cmake # ARM GCC 工具链配置
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│ ├── project.cmake # 编译选项（-Os/-O0, -mcpu=cortex-m23）
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│ ├── project_config.cmake # 项目名/版本号/编译变体
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│ └── version.h.in # 自动生成固件版本头
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├── Inc/ # 头文件
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│ ├── board_config.h # 板级引脚定义 + 功能开关
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│ ├── command.h # 串口命令协议
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│ ├── i2c.h / led.h / systick.h / uart.h
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│ └── uart_ring_buffer.h / gd32e23x_it.h / gd32e23x_libopt.h
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├── Src/ # 源码
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│ ├── main.c # 入口函数
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│ ├── command.c # 命令解析处理
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│ ├── board_config.c # MCU 型号自动检测
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│ ├── i2c.c / led.c / systick.c / uart.c / uart_ring_buffer.c
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│ └── gd32e23x_it.c / system_gd32e23x.c / syscalls.c
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├── SDK/
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│ ├── CMSIS/ # ARM CMSIS Core (Cortex-M23) + GD 启动文件
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│ └── GD32E23x_standard_peripheral/ # GD32 标准外设库
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├── LD/gd32e23x_flash.ld # 链接脚本
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├── doc/ # 芯片数据手册
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└── .vscode/ # VSCode 调试/烧录配置
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```
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## 板级配置（`Inc/board_config.h`）
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所有功能开关和引脚定义集中在 `Inc/board_config.h`。功能开关均为单行数值宏：将右侧的 `ENABLE` 或 `DISABLE` 改为另一值即可；其中 `ENABLE` 为 `1`，`DISABLE` 为 `0`。以下为完整的宏开关说明和推荐使用方式。
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### 功能开关速查表
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| 宏 | 作用 | 默认值 | Release 建议 |
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|---|------|:---:|:---:|
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| `SOFTWARE_IIC` | I2C 实现方式 | `DISABLE`（硬件） | `DISABLE` |
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| `DEBUG_MODE` | printf 串口输出 | `DISABLE` | `DISABLE` |
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| `COM_DEBUG` | 命令帧调试打印 | `DISABLE` | `DISABLE` |
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| `DEBUG_VERBOSE` | 详细调试信息 | `DISABLE` | `DISABLE` |
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| `SEGGER_RTT_DETECTION` | SEGGER RTT 支持 | `ENABLE` | `DISABLE` |
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### `SOFTWARE_IIC` — I2C 实现方式
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选择 I2C 使用硬件外设还是软件 GPIO 模拟。
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> 当前工程尚未实现 `SOFTWARE_IIC` 的条件编译驱动选择；该宏已迁移为数值配置，但改值不会在此版本切换 I2C 实现。
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```c
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#define SOFTWARE_IIC DISABLE // DISABLE: 硬件 I2C（默认）；ENABLE: 软件 I2C（GPIO 模拟）
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```
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| 选项 | 优点 | 缺点 |
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|------|------|------|
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| 硬件 I2C | DMA 支持、CPU 占用低 | 仅限固定引脚、调试复杂 |
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| 软件 I2C | 任意 GPIO、移植方便 | CPU 占用高、速率受限 |
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> 切换后需同步修改下方 I2C 引脚定义。
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### `DEBUG_MODE` — 调试模式
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开启后 USART0 输出 printf 调试信息。**Release 固件必须关闭。**
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```c
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#define DEBUG_MODE DISABLE // DISABLE: 关闭（默认）；ENABLE: 开启调试输出
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```
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**影响范围：**
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- 使能 `USART0` 初始化和 `printf` 重定向到串口
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- 会占用 PA2/PA3 引脚和 USART0 硬件资源
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- 增加 ROM 约 2~4KB（取决于 printf 调用量）
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### `COM_DEBUG` — 命令帧调试打印
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开启后串口命令解析过程打印每帧的详细内容（地址、长度、数据、校验）。**仅调试通信协议时开启。**
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```c
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#define COM_DEBUG DISABLE // DISABLE: 关闭（默认）；ENABLE: 开启命令帧调试
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```
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**依赖：** 需要先开启 `DEBUG_MODE`，否则输出无法外发。
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**输出示例：**
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```text
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[CMD] ADDR=01 LEN=05 DATA: AA BB CC DD EE CHK=OK
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```
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||
> ⚠️ Release 必须关闭，否则大量串口输出会严重拖慢主循环。
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### `DEBUG_VERBOSE` — 详细调试信息
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在 `DEBUG_MODE` 基础上输出更底层的信息，如 I2C 总线扫描结果、MCU 型号识别等。
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```c
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#define DEBUG_VERBOSE DISABLE // DISABLE: 关闭（默认）；ENABLE: 开启详细调试
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```
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**额外输出：**
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- 启动时打印 MCU Flash 容量检测结果
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- I2C 初始化时扫描总线上的设备地址
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- 其他诊断信息
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> 依赖 `DEBUG_MODE`，开启后 ROM 进一步增加约 1~2KB。
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### `SEGGER_RTT_DETECTION` — SEGGER RTT 支持
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RTT（Real-Time Transfer）是 SEGGER 的调试通道技术，通过 SWD 接口传输数据，不占用串口引脚，速度远超 UART。
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```c
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#define SEGGER_RTT_DETECTION ENABLE // DISABLE: 禁用 RTT；ENABLE: 启用 RTT（默认）
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```
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**启用时：**
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- 自动包含 `SEGGER_RTT.h`，提供 `RTT_printf` / `RTT_WriteString` / `RTT_PutChar` 宏
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- `SDK/SEGGER_RTT/` 模块参与编译和链接
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- 可用 J-Link RTT Viewer 或 VSCode + cortex-debug 查看实时日志
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**禁用时：**
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- 应用层 RTT 头文件引用与调用代码均在预处理阶段排除
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- RTT 宏展开为空操作；应用目标不生成 RTT 调用代码
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- 为保持现有 CMake SDK 加载方式，`SDK/SEGGER_RTT/` 仍会参与构建；静态库中未被引用的对象不会被链接器提取
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> **Release 建议关闭** — RTT 依赖调试器连接，量产固件中无意义且占用 ROM。
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**依赖关系总览：**
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```
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COM_DEBUG ──── 依赖 ──→ DEBUG_MODE
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DEBUG_VERBOSE ─ 依赖 ──→ DEBUG_MODE
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SEGGER_RTT_DETECTION ─ 独立，与 DEBUG_MODE 并行
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```
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### 引脚定义
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所有引脚宏集中在 `board_config.h` 尾部，按需修改：
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```c
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/* I2C */
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#define I2C_SCL_PORT GPIOF
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#define I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_1
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#define I2C_SDA_PORT GPIOF
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#define I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_0
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/* LED */
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#define LED_RCU RCU_GPIOB
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#define LED_PORT GPIOB
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#define LED_PIN GPIO_PIN_1
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/* UART */
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#define UART_GPIO_PORT GPIOA
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#define UART_TX_PIN GPIO_PIN_2
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#define UART_RX_PIN GPIO_PIN_3
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#define UART_BAUDRATE 115200U
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```
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### MCU 型号自动检测
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`board_config.c` 中的 `mcu_detect_and_config()` 上电自动识别 GD32E230 的 Flash 容量（F4=16K / F6=32K / F8=64K），结果存入全局变量 `g_mcu_flash_size`，并自动选择对应的 UART 外设（USART0 或 USART1）。
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## Flash 偏移配置（配合 Bootloader）
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如果固件需要通过 Bootloader 启动（Bootloader 占用 Flash 前部区域），需修改两处：
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**1. 链接脚本** — `LD/gd32e23x_flash.ld` 第 15 行：
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```c
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// 默认：从 Flash 起始运行
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FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 16K
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// 配合 Bootloader：前 8KB 留给 Bootloader，App 从 0x08002000 开始
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FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08002000, LENGTH = 8K
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```
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**2. 向量表偏移** — `Src/system_gd32e23x.c` 第 44 行：
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```c
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// 默认
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#define VECT_TAB_OFFSET (uint32_t)0x00
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// 配合 Bootloader（值 = Flash 偏移量，不含 0x0800 前缀）
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#define VECT_TAB_OFFSET (uint32_t)0x2000
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```
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> ⚠️ 两个偏移值必须对应修改：`LD` 中的 `ORIGIN` 减去 `0x08000000` 应等于 `VECT_TAB_OFFSET`。
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## 工具链准备
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### 1. ARM GCC 工具链
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- **版本**：xpack-arm-none-eabi-gcc-11.3.1-1.1
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- **安装位置**：每台电脑本机任意目录，工具包不放入工程仓库
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- **官方下载地址**：https://github.com/xpack-dev-tools/arm-none-eabi-gcc-xpack/releases
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- **活动变量**：`GD32_GCC_BIN`，值为工具链的 `bin` 目录
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### 2. OpenOCD（调试/烧录）
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- **版本**：xpack-openocd-0.11.0-3
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- **安装位置**：每台电脑本机任意目录，工具包不放入工程仓库
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- **获取地址**：https://github.com/burakenez/gd32-tools-xpack-openocd/tree/v0.11.0-3
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- **活动变量**：`GD32_OPENOCD_BIN`、`GD32_OPENOCD_SCRIPTS`
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- **版本说明**：GD32 支持依赖发行版补丁，优先使用已验证的 0.11.0-3；更换版本前应先单独验证目标芯片和调试器。
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OpenOCD 的 cfg 文件由工程自己的 `.vscode/settings.json` 指定，环境变量只提供 `scripts` 根目录。模板默认使用 `target/openocd_gdlink_gd32e23x.cfg`；其它芯片工程只需修改 `gd32.openocd.targetConfig`，例如 `target/openocd_gdlink_gd32f4xx.cfg`，不需要修改环境变量。
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cfg 必须可以直接启动完整会话，包含调试器 interface 和目标芯片配置；只有 `target/gd32e23x.cfg` 这种 target-only 文件不能单独启动调试会话。
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例如 CMSIS-DAP 的 wrapper cfg 可以写成（使用下述硬件复位任务时，还需追加后面的 RST 配置）：
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```tcl
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source [find interface/cmsis-dap.cfg]
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source [find target/gd32e23x.cfg]
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```
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模板的 `Flash MCU`、`Reset MCU` 和 `Mass Erase MCU` 任务默认使用 RST 硬件复位：OpenOCD
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连接时保持复位，连接后松开 RST，并等待 200 ms 后执行烧录、复位或擦除操作。每台开发机需要满足以下条件：
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- 调试器的 RST 线连接到 MCU 的 NRST。
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- `gd32.openocd.targetConfig` 指定的 cfg 包含以下配置：
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```tcl
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adapter srst delay 100
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reset_config srst_only srst_nogate connect_assert_srst
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```
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- 若固件会复用 SWD 引脚，松开复位后应保留至少 2 秒的调试挂接窗口。
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cfg 位于 `GD32_OPENOCD_SCRIPTS` 指向的工具目录中，不随工程仓库分发；更换电脑或 OpenOCD
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版本后需要再次确认上述配置。未连接 RST 线的硬件应改用软复位配置。
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每台开发电脑配置一次用户环境变量（路径按本机实际位置填写）：
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```powershell
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[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_GCC_BIN", "C:\toolchain\xpack-arm-none-eabi-gcc-11.3.1-1.1\bin", "User")
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||
[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_OPENOCD_BIN", "D:\Tools\xpack-openocd-0.11.0-3\bin", "User")
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[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_OPENOCD_SCRIPTS", "D:\Tools\xpack-openocd-0.11.0-3\scripts", "User")
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```
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重新打开 VSCode，使新环境变量进入 VSCode 进程。`.vscode` 中的编译、GDB、OpenOCD 任务只读取上述 `GD32_*` 变量；OpenOCD 的通用变量 `OPENOCD_SCRIPTS` 仅在任务/调试子进程中覆盖，因此不会继承 STM32Cube 或 ESP-IDF 的全局值。
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## 工具链切换
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环境变量只是字符串，不同变量指向同一个目录完全没有问题。建议给每套工具链保留一个有意义的变量名，再把其中一套设为活动变量：
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```powershell
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[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_GCC_XPACK11_BIN", "C:\toolchain\xpack-arm-none-eabi-gcc-11.3.1-1.1\bin", "User")
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||
[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_GCC_GNU12_BIN", "C:\toolchain\gcc-arm-none-eabi\bin", "User")
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||
# 当前使用 xPack GCC 11.3.1
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[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_GCC_BIN", "C:\toolchain\xpack-arm-none-eabi-gcc-11.3.1-1.1\bin", "User")
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||
# 切换到 GNU Arm GCC 12.3.1 时，把 GD32_GCC_BIN 改为对应路径
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||
[Environment]::SetEnvironmentVariable("GD32_GCC_BIN", "C:\toolchain\gcc-arm-none-eabi\bin", "User")
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||
```
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切换后重新打开 VSCode，并对 Debug/Release 执行一次 `Delete Cache and Reconfigure`，因为 CMake 会把编译器绝对路径写入构建目录缓存。CMake 也支持临时覆盖环境变量：
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```powershell
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cmake --preset Debug -DGD32_GCC_ENV_VAR=GD32_MY_GCC_BIN
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cmake --preset Debug -DTOOLCHAIN_DIRECTORY="C:/toolchain/gcc-arm-none-eabi/bin"
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```
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||
工程变量统一使用 `GD32_` 前缀。`GD32_GCC_ENV_VAR` 只影响 CMake 配置；`.vscode` 的 GDB 路径仍使用规范变量 `GD32_GCC_BIN`，如采用自定义变量名，建议同时让 `GD32_GCC_BIN` 指向同一目录。GCC、GDB、`ar`、`ld`、`objcopy` 等 binutils 必须来自同一套发行版，不要混用不同版本的组件。
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### 环境要求清单
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- **必须配置的环境变量**
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| 变量名 | 值 | 用途 |
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|---|---|---|
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| `GD32_GCC_BIN` | 活动 ARM GCC 的 `bin` 目录 | CMake 编译、GDB 调试、binutils |
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| `GD32_OPENOCD_BIN` | 包含 `openocd.exe` 的 `bin` 目录 | OpenOCD 任务/调试 |
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| `GD32_OPENOCD_SCRIPTS` | OpenOCD `scripts` 根目录 | `-s` 脚本搜索路径 |
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||
- **可选的环境变量**：为不同 GCC 版本分别建立 `GD32_GCC_XPACK11_BIN`、`GD32_GCC_GNU12_BIN` 等变量，需要切换时手动把选中的路径写入 `GD32_GCC_BIN`。`GD32_GCC_ENV_VAR` 仅在需要让 CMake 使用另一个 `GD32_*` 变量名时设置。
|
||
- ARM GCC 必须是 `arm-none-eabi` 交叉工具链；`GD32_GCC_BIN` 及其它 `GD32_*_BIN` 变量必须指向 `bin` 目录，以同时支持 CMake 和 VSCode 调试。仅通过 CMake 的 `TOOLCHAIN_DIRECTORY` 参数配置时，可以传工具链根目录或 `bin` 目录。`gcc`、`g++`、`gdb`、`ar`、`as`、`ld`、`objcopy`、`objdump`、`size`、`ranlib` 必须齐全。
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||
- 当前工程已验证 xPack GCC 11.3.1 和 GNU Arm GCC 12.3.1；链接脚本使用 GCC 11+ 支持的 `READONLY` 语法。更换更新版本仍需在目标板上验证编译、链接和调试。
|
||
- OpenOCD 需要同时提供 `GD32_OPENOCD_BIN`、`GD32_OPENOCD_SCRIPTS`；任务会在 bin 目录下使用固定文件名 `openocd.exe`，每个工程在 `.vscode/settings.json` 中设置相对 `scripts` 根目录的 `gd32.openocd.targetConfig`，不依赖全局 `OPENOCD_SCRIPTS`。
|
||
- CMake ≥ 3.20、Ninja、VSCode CMake Tools，以及 cortex-debug（使用 OpenOCD 调试时）必须已安装；J-Link 任务另需 `JLink.exe` 在 PATH 中。
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||
- J-Link 的 `device`、`interface`、`speed` 是工程属性，配置在 `.vscode/settings.json` 的 `gd32.jlink.*` 中；换 GD32F405 等芯片时只修改这些设置和对应的 OpenOCD target cfg。OpenOCD 的擦除命令同样通过 `gd32.openocd.massEraseCommand` 按芯片调整。
|
||
- 环境变量建议写入用户级环境（`User`），设置后重启 VSCode；切换 GCC 后必须清理对应 Debug/Release 构建缓存。
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## 使用说明
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### 编译
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```bash
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# Debug 构建（-O0, -g3）
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cmake --preset Debug
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cmake --build Build/Debug
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# Release 构建（-Os, -g0）
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cmake --preset Release
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cmake --build Build/Release
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||
```
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### 烧录
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通过 VSCode 任务栏运行 `Flash MCU` 任务，或使用同样的硬件复位时序从命令行烧录：
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```powershell
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||
& "$env:GD32_OPENOCD_BIN\openocd.exe" -s "$env:GD32_OPENOCD_SCRIPTS" -f "target/openocd_gdlink_gd32e23x.cfg" -c "init; adapter deassert srst; sleep 200; catch {reset halt}; reset halt; flash write_image erase Build/Debug/Application/Application.elf; reset; exit"
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||
```
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||
### 产物
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编译输出位于 `Build/<Config>/`：
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| 文件 | 说明 |
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|------|------|
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||
| `Application.elf` | ELF 固件（调试用） |
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||
| `{项目名}_{版本}_{编译条件}_{日期}.hex` | Hex 文件 |
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| `{项目名}_{版本}_{编译条件}_{日期}.bin` | 二进制文件 |
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||
| `{项目名}_{版本}_{编译条件}_{日期}.list` | 反汇编清单 |
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||
| `{项目名}_{版本}_{编译条件}_{日期}.map` | 内存映射 |
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||
## 时钟配置说明
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||
本工程默认系统时钟为内部 IRC8M 振荡器经 PLL 倍频后的 72MHz。
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如需修改主频或时钟源，请编辑 `Src/system_gd32e23x.c` 文件：
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1. 查找如下宏定义区：
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```c
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// #define __SYSTEM_CLOCK_8M_HXTAL (__HXTAL)
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// #define __SYSTEM_CLOCK_8M_IRC8M (__IRC8M)
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// #define __SYSTEM_CLOCK_72M_PLL_HXTAL (uint32_t)(72000000)
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#define __SYSTEM_CLOCK_72M_PLL_IRC8M_DIV2 (uint32_t)(72000000)
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```
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2. 取消你需要的时钟方案的注释，并注释掉其它方案。
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3. 保存后重新编译工程即可生效。
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详细时钟初始化流程可参考 `Src/system_gd32e23x.c` 文件中的 `system_clock_config` 及相关函数实现。
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## vcpkg 依赖管理（可选）
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本工程可选支持 vcpkg 作为 C/C++ 工具链和构建工具的自动化依赖管理方案。
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- 自动下载和管理如 CMake、Ninja 等构建工具，简化环境配置。
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- 可扩展用于第三方 C/C++ 库的统一管理。
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**启用方法**：
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1. 在项目根目录创建 `vcpkg-configuration.json` 文件，内容如下：
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```json
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{
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"registries": [
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{
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"name": "microsoft",
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"location": "https://aka.ms/vcpkg-ce-default",
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"kind": "artifact"
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},
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{
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"name": "arm",
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"location": "https://aka.ms/vcpkg-artifacts-arm",
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"kind": "artifact"
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}
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],
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"requires": {
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"arm:tools/ninja-build/ninja": "^1.12.0",
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"arm:tools/kitware/cmake": "^3.28.4"
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}
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}
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```
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2. 启动 VSCode 或命令行，vcpkg 会自动检测并安装所需工具。
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如不需要 vcpkg，可忽略本文件。
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