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引言 Nucleus PLUS是美國ATI公司為實時性要求較高的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計的操作系統(tǒng)內(nèi)核。約95％的Nucleus PLUS代碼用ANSI C語言編寫，因此，非常便于移植并能夠支持大多數(shù)類型的微處理器，如X86、68K、PowerPC、MIPS、ARM等。經(jīng)過截減編譯后，Nucleus PLus核心代碼區(qū)一般不超過20KB大小。同時提供TCP／IP網(wǎng)絡(luò)、圖形界面Grafix、文件系統(tǒng)File等模塊。還有一個特點就是免費提供源代碼，有利于節(jié)省開發(fā)費用。 S3c2410A是三星公司推出的基于ARM920T內(nèi)核高性能低功耗16／32位RISC微控制器，內(nèi)部集成了豐富的系統(tǒng)外圍控制器。配合Nucleus PLUS操作系統(tǒng)可方便地開發(fā)出適于手持設(shè)備和各種低功耗產(chǎn)品的應(yīng)用程序，加快新產(chǎn)品的上市時間。 NUcleus PLUS啟動過程嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核Nucleus PLus的啟動過程如圖1所示。其中板級初始化(INT_Initialize)主要是完成中斷向量表、系統(tǒng)堆棧、時鐘中斷等基本硬件初始化； 操作系統(tǒng)初始化(INC_Initialize)主要是完成郵箱、隊列、管道、信號量、事件集等軟件組件初始化；應(yīng)用程序初始化(Application_Initialize(first-available_Memory))主要是完成用戶定義的應(yīng)用程序初始化，如創(chuàng)建內(nèi)存池，創(chuàng)建任務(wù)、創(chuàng)建信號量、創(chuàng)建中斷、編寫用戶應(yīng)用程序等。移植的過程中，需要修改的是板級初始化(INT_Initialize])這部分內(nèi)容，它是由ARM匯編語言編寫的，下面詳細敘述。 NLicleus PLUS移植過程 INT-Reset子程序修改 INT-Reset是Nucleus PLUS啟動時的程序入口，因為根據(jù)ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)硬件上電或復(fù)位后，ARM所執(zhí)行的第一條指令在地址0x00000000，即ARM的復(fù)位異常(Reset)向量地址，所以在這個地址要放置一個跳轉(zhuǎn)指令：BINT_Reset。 在INT_Reset這個子程序中放置的是硬件初始化程序，完成兩個功能： 1．改變ARM工作模式為管理模式(Supervisor Mode)，管理模式是ARM提供給操作系統(tǒng)使用的一種保護模式； 2．屏蔽FIQ和IRQ中斷，因為在整個系統(tǒng)初始化的過程中，不能被中斷打斷，只有在中斷服務(wù)子程序初始化結(jié)束后，才可以打開中斷，進而響應(yīng)中斷。 INT_Reset MRS R1.CPSR BIC R1,R1,#MODE_MASK ORR R1,R1,#SUP_MODE ORR R1,R1,#LOCKOUT MSR CPSR_cxsf,R1 建立異常向量表和中斷向量表 根據(jù)ARM的體系結(jié)構(gòu)，ARM有7種類型的異常(Exception)，每種異常都有各自入口地址，即異常向量表(Exception Vectors)。異常向量表放置在從0X00000000地址開始，連續(xù)32字節(jié)的空間內(nèi)。S3C2410A共有56個中斷源，但有些中斷源共用一個中斷向量，所以只要求創(chuàng)建包含32個中斷源的中斷向量表。 INT_Vectors LDR PC,INT_ReseLAddr LDR PC，INT_Undef_Addr LDR PC,INT_Software_Addr LDR PC，INT_Prefetch_Addr LDR PC.INT_Data_Addr LDR PC，INT_Reserved_Addr LDR PC，INTjRQ_Addr LDR PC，INT_FIQ_Addr 配置存儲器控制器和MMU MMU(Memory Manage Unit)是存儲器管理單元的縮寫，用來實現(xiàn)虛擬地址到實際物理地址的映射。它是ARM的一部分，本身有少量存儲空間放置從虛擬地址到物理地址的匹配表，即轉(zhuǎn)換旁置緩沖區(qū) (T L B s-T r a n s l a t i 0 nLookaside Buffers)。MMU實現(xiàn)兩個主要功能，將虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址和控制存儲器的存取使能。 通過配置S3C2410A的存儲器控制器來初始化S3C2410A目標板的外圍存儲器。主要是設(shè)置存儲器類型、總線寬度、信息，重點是對SDRAM進行設(shè)置，如列地址數(shù)、信號線時序等。 堆棧初始化 C和ARM匯編源文件經(jīng)過ARM開發(fā)環(huán)境ADS1.2編譯鏈接后，生成的映像(Image)文件包含RO(只讀代碼、數(shù)據(jù)段)、RW(可讀寫數(shù)據(jù)段)和ZI(將要初始化為0的段)三個輸出段。當映像文件加載到flash中的時，RO段和RW段在Flash中的位置見圖2(a)，其中IImage$$RO$$Basel是RO段的開始地址，也是包含RO輸出段的加載和執(zhí)行地址，可以在ARM Linker中設(shè)置，即-r0-base的值，從flash啟動時，這個值設(shè)置為0x00000000，ZI段不需要加載到flash中。當硬件電路復(fù)位后，映像文件中的RW段需要從Flash中拷貝到SDRAM內(nèi)，同時要將ZI輸出段的內(nèi)容需要用"0"進行初始化，此時輸出段在存儲區(qū)內(nèi)的位置見圖2(b)。IImage$$RW$$Basel是包含RW輸出段的執(zhí)行地址，這個地址值也需要在ARM Linker中設(shè)置，即-rw-base的值，一般將-rW-base的值設(shè)置到SDRAM的地址范圍內(nèi)，在這里設(shè)置為S D R A M的首地址0x30000000。在Nucleus PLUS移植的過程中要編寫代碼，完成以上操作過程。 ARM有7種運行模式分別為：用戶模式(usr)、快速中斷模式(fiq)、外部中斷模式(irq)、管理模式(svc)、數(shù)據(jù)訪問中止模式(abt)、系統(tǒng)模式(sys)和未定義指令中止模式(und)。在堆棧初始化時，應(yīng)對S3C2410A的每種運行模式分別設(shè)置堆棧，一般堆棧的大小可以設(shè)置為4KB。另外還要對HISR(High-Level InterruptService Routines)堆棧的起始地址、大小和優(yōu)先級進行設(shè)置，它的堆棧大小可設(shè)為2KB。 中斷初始化 1．將Nucleus PLUS異常中斷向量表從ROM中復(fù)制到RAM中，即：將地址為0x00000000的異常中斷向量表復(fù)制到地址0x33FFFF00處，這樣在中斷響應(yīng)的過程中就可以從RAM中提取異常中斷向量表，提高中斷的響應(yīng)速度； 2．關(guān)閉看門狗時鐘，創(chuàng)建所有IRQ中斷的中斷向量表； 3．清除所有中斷的判斷位。 系統(tǒng)時鐘中斷初始化 因為Timer4是用來作為Nucleus PLUS的系統(tǒng)時鐘的，所以在嵌入式實時操作系統(tǒng)移植的過程中，一定要對它的時鐘中斷進行配置，配置過程如下： 1．設(shè)置S3C2410A的內(nèi)部定時器Fimert定時器的中斷周期為10ms； 2．建立Timer4的中斷向量，用Timer4時鐘作為Nucleus PLUS的系統(tǒng)節(jié)拍時鐘； 3．初始化S3C2410A的MPLL控制寄存器M P L L C O N，將S3C2410A的主時鐘FCLK設(shè)置為266MHz； 4．設(shè)置分頻器寄存器CLKDIVN使HCLK=FCLK／2，PCLK=HCLK／2。 設(shè)置系統(tǒng)可用存儲區(qū)的首地址 在板級初始化程序(I N T-Initialize)結(jié)束后，系統(tǒng)開始調(diào)用操作系統(tǒng)初始化程序(INC-Initialize)。這時需要設(shè)置可供用戶使用的存儲器首地址first-available-memory，令fiT St-available-memorY=IImage$$bss$$zI$$LimitI，其中IImage$$bss$$ZI$$Limitl是ARM鏈接器生成的可執(zhí)行映像文件中初始化為0段(ZI段)的終止地址。修改后調(diào)用程序INC_Initialize(VOID*first_available_memory)，即進入操作系統(tǒng)初始化。Nucleus PLUS的移植工作也宣告結(jié)束。 結(jié)語 本文詳細介紹了Nucleus PLUS在S3C2410A上的移植過程和方法，移植后的代碼在深圳優(yōu)龍科技有限公司的FS2410開發(fā)板上運行正常，可以實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度、任務(wù)間通信和中斷響應(yīng)。因為移植過程是針對特定的硬件環(huán)境的，所以移植中要采用ARM匯編語言，這是嵌入式操作系統(tǒng)移植的難點。移植的重點是建立中斷向量表、創(chuàng)建操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時鐘中斷和設(shè)置系統(tǒng)堆棧。本文論述的移植方法對其他嵌入式操作系統(tǒng)在ARM微處理器上的移植過程也有一定的借鑒價值。 |
