Marlin固件中HC32硬件抽象层的临界区宏问题解析

问题背景

在Marlin固件的bugfix-2.1.x分支中，开发者发现了一个与HC32硬件平台相关的编译错误。该问题出现在使用ProUI扩展用户界面时，系统提示__iCliRetVal和__iSeiRetVal两个函数未声明的错误。

技术细节分析

问题根源

错误源自HC32硬件抽象层(HAL)中的临界区宏定义。在HAL/HC32/HAL.h文件中，定义了以下两个宏：

#define CRITICAL_SECTION_START        \
  uint32_t primask = __get_PRIMASK(); \
  (void)__iCliRetVal()

#define CRITICAL_SECTION_END \
  if (!primask)              \
  (void)__iSeiRetVal()

这两个宏依赖于__iCliRetVal和__iSeiRetVal函数，这些函数本应包含在AVR工具链的atomic.h头文件中。然而，HC32的HAL文件没有包含这个头文件，而STM32F1的HAL文件则正确包含了它。

触发条件

该问题在以下情况下会被触发：

1. 启用了EXTENSIBLE_UI功能
2. 禁用了EXTUI_LOCAL_BEEPER选项
3. 使用HC32硬件平台编译

具体触发位置在libs/buzzer.cpp文件的Buzzer::tick()函数中，当系统尝试通过临界区保护调用ExtUI::onPlayTone()时。

解决方案比较

开发者提出了几种可能的解决方案：

1. 条件编译绕过：在HC32平台上直接跳过临界区保护代码

   #if ENABLED(EXTENSIBLE_UI) && NONE(EXTUI_LOCAL_BEEPER, ARDUINO_ARCH_HC32)
   

2. 包含atomic.h头文件：让HC32的HAL文件包含必要的头文件

3. 架构调整：将ProUI从EXTENSIBLE_UI中移除

最终采用的解决方案是参考STM32 HAL的实现方式，修改HC32的临界区宏定义，直接使用CMSIS提供的函数，而不是依赖AVR特定的实现。

技术背景延伸

HC32与STM32的关系

虽然HC32F460和STM32F103在某些外设上相似，但它们在核心架构上有重要区别：

• STM32F103使用Cortex-M3核心
• HC32F460使用Cortex-M4核心

Voxelab最初基于STM32F1(Maple)开发了HC32的固件，但后续实现已经参考了多种架构的HAL实现，包括STM32、SAMD21和nRF5。

临界区保护的重要性

在多任务或中断驱动的嵌入式系统中，临界区保护是确保代码段原子性执行的关键机制。它通过暂时禁用中断来防止关键代码段被中断打断，常用于：

• 共享资源的访问
• 关键数据结构的修改
• 时序敏感的操作

在ARM Cortex-M架构中，通常通过操作PRIMASK寄存器来实现这一功能。

问题解决的意义

这个问题的解决不仅修复了编译错误，更重要的是：

1. 保持了代码在不同硬件平台间的一致性
2. 确保了临界区保护机制的正确实现
3. 为HC32平台的后续开发奠定了基础

最佳实践建议

对于嵌入式开发者，在处理类似问题时应注意：

1. 理解不同硬件平台的核心架构差异
2. 确保平台特定的宏定义和函数依赖被正确处理
3. 在移植代码时，不仅要关注功能实现，还要注意底层机制的区别
4. 对于临界区等系统级操作，优先使用CMSIS等标准接口

通过这个案例，我们可以看到Marlin固件开发团队对跨平台兼容性的重视，以及他们解决复杂技术问题的系统化方法。