eCos嵌入式操作系統(tǒng)構(gòu)建
嵌入式可配置操作系統(tǒng)eCos(Embedded Configureable Operating System)的特點是可配置性、可裁減性、可移植性和實時性。它的一個主要技術(shù)特色就是功能強大的配置系統(tǒng),可以在源碼級實現(xiàn)對系統(tǒng)的配置和裁減。與Linux的配置和裁減相比,eCos的配置方法更清晰、更方便;且系統(tǒng)層次也比Linux清晰明了,移植和增加驅(qū)動模塊更加容易。正是由于這些特性,eCos引起了越來越多的關(guān)注,同時也吸引越來越多的廠家使用eCos開發(fā)其新一代嵌入式產(chǎn)品。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/150774.htmeCos現(xiàn)在由Red Hat維護(hù),可支持的處理器包括:ARM、StrongARM、XScale、SuperH、Intel X86、PowerPC、MIPS、AM3X、Motorola 68/Coldfire、SPARC、Hitachi H8/300H和NEC V850等。
1 eCos的層次結(jié)構(gòu)
eCos采用模塊化設(shè)計,由不同的功能組件構(gòu)成,eCos系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。
這種層次結(jié)構(gòu)的最底層是硬件抽象層(Hardware Abstraction Layer),簡稱為HAL,它負(fù)責(zé)對目標(biāo)系統(tǒng)硬件平臺進(jìn)行操作和控制,包括對中斷和例外的處理,為上層軟件提供硬件操作接口。只需提供新硬件的抽象層,就可以將整個eCos系統(tǒng)包括基于eCos的應(yīng)用移植到新的硬件平臺上。
2 構(gòu)建eCos系統(tǒng)
構(gòu)建eCos系統(tǒng)首先要搭建自己的硬件抽象層,然后創(chuàng)建驅(qū)動程序,之后就可以編制應(yīng)用程序了。
3 硬件抽象層的移植
硬件抽象層分為三個不同的子模塊:體系結(jié)構(gòu)抽象層(Architecture HAL)、變體抽象層(Variant HAL)和平臺抽象層(Platform HAL)。
體系結(jié)構(gòu)抽象層。eCos所支持的不同處理器系列具有不同的體系結(jié)構(gòu),如ARM系列、PowerPC系列、MIPS系列等。體系結(jié)構(gòu)抽象層對CPU的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象和定義,此外它還包括中斷的交付處理、上下文切換、CPU啟動以及該類處理器結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)等。
變體抽象層指的是處理器在該處理器系列中所具有的特殊性,這些特殊性包括Cache、MMU、FPU等。eCos的變體抽象層就是對這些特殊性進(jìn)行抽象和封裝。
平臺抽象層是對當(dāng)前系統(tǒng)的硬件平臺進(jìn)行抽象,包括平臺的啟動、芯片選擇和配置、定時設(shè)備、I/O寄存器訪問以及中斷寄存器等。
硬件抽象層的這三個子模塊之間沒有明顯的界線。對于不同的目標(biāo)平臺,這種區(qū)分具有一定的模糊性。例如,MMU和Cache可能在某個平臺上屬于體系結(jié)構(gòu)抽象層,而在另一個平臺上則可能屬于變體抽象層的范圍;再比如,內(nèi)存和中斷控制器可能是一種片內(nèi)設(shè)備而屬于變體抽象層,也可能是片外設(shè)備而屬于平臺抽象層。
eCos的移植通過這三個子模塊來完成,即平臺抽象層的移植、變體抽象層的移植和體系結(jié)構(gòu)抽象層的移植。對一個新的體系結(jié)構(gòu)來說,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)抽象層的建立相對來說比較困難。eCos支持大部分當(dāng)前廣泛使用的嵌入式CPU,已具有了支持各種體系結(jié)構(gòu)的硬件抽象層。因此,eCos的移植很少需要進(jìn)行體系結(jié)構(gòu)抽象層的編寫。
4 平臺抽象層的移植
一般來說,進(jìn)行eCos開發(fā)時,移植的主要工作在于平臺抽象層,這是由于eCos已實現(xiàn)了絕大多數(shù)流行嵌入式CPU的體系結(jié)構(gòu)抽象層和變體抽象層。平臺抽象層主要完成的工作包括:內(nèi)存的布局、平臺早期初始化、中斷控制器以及簡單串口驅(qū)動程序等。
構(gòu)建一個新的平臺系統(tǒng),最簡單的方法是利用eCos源碼提供的具有相同體系結(jié)構(gòu)和CPU型號的參考平臺硬件抽象層,將其作為模板,復(fù)制并修改所有與新平臺相關(guān)的文件。若eCos沒有這樣的平臺,則可用另一種體系結(jié)構(gòu)或CPU型號的類似硬件抽象層作為模板。比如,eCos提供了以三星公司ARM CPU S3C4510b為核心的平臺SNDS4110,當(dāng)需要移植eCos到ARM CPU S3C44B0上時,這將是一個很好的起點。
移植工作最好是從RedBoot開始,實現(xiàn)的第一個目標(biāo)是使RedBoot運行在新平臺上。RedBoot是eCos自帶的啟動代碼,它比eCos要簡單,沒有使用中斷和線程機制,但包含了大部分最基本的功能。
建立目標(biāo)平臺的RedBoot通常按以下步驟進(jìn)行(以構(gòu)建S3C44b0的新平臺為例)。
① 復(fù)制eCos源碼中選定的參考平臺,根據(jù)需要對目錄及文件更名。更名的主要內(nèi)容有:新平臺的目錄名、組件定義文件(CDL)、內(nèi)存布局文件(MLT)、平臺初始化的源文件和頭文件
?、?調(diào)整組件定義文件(CDL)選項。包括選項的名字、實時時鐘/計數(shù)器、CYGHWR_MEMORY_LAYOUT 變量、串口參數(shù)以及其他的一些選項。
③ 在頂層ecos.db文件中加入所需要的包,并增加對目標(biāo)平臺的描述。在最初,該目標(biāo)平臺的入口可以只包含硬件抽象層包,其他硬件支持包以后再加入。經(jīng)過修改后,就可在eCos配置程序中選擇新的平臺進(jìn)行配置。
④ 修改include/pkgconf中的內(nèi)存布局(MLT)文件。按照新的硬件平臺內(nèi)存布局修改MLT文件。MLT文件對應(yīng)每種啟動類型有三個不同后綴的文件:.h文件以及.ldi文件和mlt文件。手工修改時只需修改.h文件和.ldi文件,并保證兩個文件同步修改。修改的主要內(nèi)容有ROM的起始地址、ROM的大小、RAM的起始地址和RAM的大小。
⑤ 修改平臺的io宏定義。在include/plt_io.h文件中完成對平臺的各種IO宏定義,包括各種CPU的系統(tǒng)配置寄存器、內(nèi)存配置寄存器、串口配置寄存器、LCD配置寄存器、以太網(wǎng)配置寄存器等的I/O地址。
?、?修改平臺的Cache代碼。在include/hal_cache.h文件中修改有關(guān)Cache的宏定義。在開發(fā)初期,最好先將Cache關(guān)閉,等移植穩(wěn)定后再打開。
?、?實現(xiàn)簡單的串口驅(qū)動程序。串口的初始化、接收和發(fā)送在src/hal_diag.c文件完成。主要的函數(shù)如下:
cyg_hal_plf_serial_init_channel(),完成對某個串口的具體初始化工作;
cyg_hal_plf_serial_putc(),從串口發(fā)送一個字符;
cyg_hal_plf_serial_getc(),從串口接收一個字符;
cyg_hal_plf_serial_getc_nonblock(),以無阻塞的方式接收一個字符,即緩沖區(qū)中無數(shù)據(jù)時立即返回;
cyg_hal_plf_serial_isr(),串口中斷服務(wù)程序;
cyg_hal_plf_serial_init(),調(diào)用cyg_hal_plf_serial_init_channel()函數(shù)初始化各串口,并向內(nèi)核注冊串口中斷服務(wù)程序、串口的讀寫例程和配置例程。
?、?修改或增加平臺初始化程序。平臺初始化在3個文件文件中完成:src/s3c44b0_misc.c、include/hal_platform_setup.h和include/hal_platform_ints.h。
hal_platform_ints.h完成系統(tǒng)的中斷宏定義。在不同的平臺中設(shè)備數(shù)量和類型不同,中斷的譯碼方式也不一致,需要根據(jù)具體情況作出調(diào)整。
hal_platform_setup.h主要完成系統(tǒng)硬件的初步配置,這里一般要在看門狗和中斷關(guān)閉后,配置系統(tǒng)時鐘頻率、ROM和RAM的初始化參數(shù)。
s3c44b0_misc.c文件完成目標(biāo)板的進(jìn)一步初始化、中斷處理、延時例程和操作系統(tǒng)時鐘設(shè)置。
經(jīng)過以上修改,底層的平臺抽象層就基本完成了,這時可用eCos的配置工具生成RedBoot進(jìn)行測試。
RedBoot測試成功后,說明平臺已經(jīng)能正確完成初始化操作,且串口驅(qū)動也能正常工作,接著要完成中斷和Cache等測試工作。可利用一些多線程的小程序測試,檢測時鐘配置是否正確,同時也檢測了中斷能否正常工作。
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解(linux不再難懂)
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