📚 课程目录第4章 PRU C语言开发环境搭建

4. PRU C语言开发环境搭建

PRU（Programmable Real-time Unit）是 TI Sitara AM335x/AM57x 等芯片内部独立于 ARM Cortex-A 核的实时协处理器，拥有自己的指令集、32 位数据通路和独立内存空间。用 C 语言开发 PRU 固件，不能直接套用 ARM 侧的工具链，必须建立一套“ARM 主程序 + PRU 固件”的双侧工程环境。本节围绕这条工具链的四个关键环节展开：CCS 安装、PRU 编译器、链接命令文件（.cmd）以及固件加载与调试配置。

一、Code Composer Studio 安装与组件选择

CCS 是 TI 官方集成开发环境，PRU 开发依赖其中的编译器、调试驱动和器件支持包。安装时建议选择较新的 CCS 版本（如 CCS 12.x 及以上），并在组件选择界面勾选以下内容：

处理器支持包：勾选 Sitara AM335x 或 AM57x 系列，确保芯片 GEL 文件、Flash 编程器可用。
PRU 编译器：即 TI PRU C/C++ Compiler（ti-pru-cgt），这是把 C 代码编译成 PRU 汇编/目标文件的核心组件。
PRU 调试支持：包含 PRU 的 CCS 调试插件与仿真驱动，用于连接 PRU 内核。
XDS 调试探针驱动：若使用 XDS100v2/XDS110 等仿真器，需安装对应驱动。

安装完成后，可在 CCS 安装目录下的 ccs/tools/compiler/ 中看到类似 ti-cgt-pru_2.3.x 的文件夹，说明 PRU 编译器已就位。若使用命令行编译，也可单独下载 PRU CGT 并设置环境变量 PRU_CGT 指向该目录。

二、PRU 编译器与编译流程

PRU 编译器 clpru 的用法与 ARM 的 armcl 类似，但目标架构不同。一个典型的 PRU 固件编译流程如下：

# 编译单个 C 源文件为 PRU 目标文件
clpru -v3 -O2 -I./include -c pru_main.c -o pru_main.obj

# 链接生成可执行 ELF 文件
lnkpru -m pru_main.map -c pru.cmd pru_main.obj -o pru_firmware.out

# 生成可加载的二进制/文本格式
hexpru --array --ihex pru_firmware.out -o pru_firmware.h

其中 -v3 指定 PRU 指令集版本（PRU-ICSS 通常为 v3），-O2 为优化等级。链接阶段必须提供 .cmd 链接命令文件，否则链接器不知道各段应放到 PRU 的哪块内存。编译产物 .out 是 ELF 格式，可被 CCS 直接加载；.h 数组则便于 ARM 侧程序把固件嵌入到自己的镜像中。

三、链接命令文件（.cmd）的编写

PRU 的内存空间与 ARM 不同：PRU 有独立的指令 RAM（IRAM）和数据 RAM（DRAM），以及可访问的共享内存。链接命令文件的作用就是把这些段映射到正确的物理地址。以 AM335x PRU-ICSS 为例，PRU0 的 IRAM 起始地址为 0x00000000，DRAM 起始地址为 0x00000000（数据空间独立编址），共享内存通常位于 0x00010000 附近。一个简化的 pru.cmd 示例如下：

MEMORY
{
    PRU_IRAM : org = 0x00000000, len = 0x00002000
    PRU_DRAM : org = 0x00000000, len = 0x00002000
    SHARED   : org = 0x00010000, len = 0x00003000
}

SECTIONS
{
    .text    > PRU_IRAM
    .data    > PRU_DRAM
    .bss     > PRU_DRAM
    .stack   > PRU_DRAM
    .shared  > SHARED
}

这里 org 是起始地址，len 是长度。需要特别注意的是，PRU 的 IRAM 和 DRAM 在物理上是分开的，但地址都从 0 开始，因此链接器通过段名来区分。如果固件较大，IRAM 放不下，就需要把部分代码放到共享内存或外部内存，并在运行时通过跳转访问。编写 .cmd 时务必对照芯片数据手册中的 PRU 内存映射表，地址写错会导致固件加载后跑飞。

四、固件加载与调试配置

PRU 固件有两种常见加载方式。第一种是CCS 在线加载：在 CCS 中新建一个“PRU 目标配置”，选择对应的 XDS 仿真器和芯片型号，连接后右键 PRU 内核，选择 Load Program 加载 .out 文件。加载前需确保 PRU 已从复位状态释放，通常通过 GEL 脚本或 ARM 侧程序完成。加载后可在 PRU 汇编窗口看到反汇编代码，并设置断点、单步执行、查看寄存器和内存。

第二种是ARM 侧 remoteproc 加载：在 Linux 系统中，PRU 固件以 .h 数组形式嵌入 ARM 程序，或通过文件系统加载。ARM 程序调用 prussdrv 或 remoteproc 框架，把固件写入 PRU 的 IRAM，然后启动 PRU 内核。这种方式适合产品化部署，但调试时仍需借助 CCS 或 PRU 的调试寄存器。

调试配置中几个关键点：

复位与启动：PRU 上电后处于复位状态，需通过 PRU 控制寄存器（如 PRU_ICSS_CTRL）的 PRU0_CTRL 位释放复位并启动。
内存查看：在 CCS 的 Memory Browser 中查看 PRU IRAM/DRAM 地址，确认固件是否正确写入。
断点：PRU 支持硬件断点，但数量有限，建议在关键循环或状态切换处设置。
时钟与引脚：调试前确认 PRU 时钟已使能，相关引脚已配置为 PRU 功能，否则程序运行但无外部信号。

提示：若 CCS 连接 PRU 时提示“无法识别设备”，先检查仿真器驱动和 GEL 文件是否匹配芯片型号；若加载后程序不运行，优先核对 .cmd 中的内存地址是否与数据手册一致。

五、一个最小可运行示例的配置要点

假设我们要在 AM335x 的 PRU0 上运行一个翻转 GPIO 的固件，工程配置应包含：

源文件 pru_gpio.c：包含 PRU 寄存器定义头文件，配置 GPIO 方向并循环翻转。
链接文件 pru.cmd：将 .text 放入 IRAM，.data 和 .bss 放入 DRAM。
编译选项：-v3 -O2 -I${PRU_CGT}/include。
加载方式：CCS 在线加载 .out，或生成 .h 后由 ARM 程序加载。

完成上述配置后，在 CCS 中点击“Debug”即可进入 PRU 调试视图。观察 PRU 的 PC 指针是否停在 main 入口，运行后查看 GPIO 输出寄存器是否按预期翻转，即可判断固件是否正常工作。这套环境一旦搭好，后续所有 PRU 实时控制程序的开发、下载和调试都可以在此基础上进行。