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Nucleus PLUS是美國ATI 公司為實時性要求較高的嵌入式系統應用設計的操作系統內核。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類型的微處理器，如X86、68K、PowerPC、MIPS、ARM等。經過截減編譯后，Nucleus PLUS 核心代碼區一般不超過20KB大小。 同時提供TCP/IP網絡、圖形界面Grafix、文件系統File等模塊。還有一個特點就是免費提供源代碼，有利于節省開發費用。 S3C2410A是三星公司推出的基于ARM920T內核高性能低功耗16/32位RISC微控制器，內部集成了豐富的系統外圍控制器。配合Nucleus PLUS操作系統可方便地開發出適于手持設備和各種低功耗產品的應用程序，加快新產品的上市時間。 Nucleus PLUS啟動過程 嵌入式實時操作系統內核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、系統堆棧、時鐘中斷等基本硬件初始化；操作系統初始化(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；應用程序初始化(Application_Initialize (first_available_Memory))主要是完成用戶定義的應用程序初始化，如創建內存池，創建任務、創建信號量、創建中斷、編寫用戶應用程序等。移植的過程中，需要修改的是板級初始化(INT_Initialize)這部分內容，它是由ARM匯編語言編寫的，下面詳細敘述。 圖1 Nucleus PLUS 啟動過程 Nucleus 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ARM微處理器的體系結構，在系統硬件上電或復位后，ARM所執行的第一條指令在地址0x00000000，即ARM的復位異常(Reset)向量地址，所以在這個地址要放置一個跳轉指令：B INT_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提供給操作系統使用的一種保護模式； 2. 屏蔽FIQ和IRQ中斷，因為在整個系統初始化的過程中，不能被中斷打斷，只有在中斷服務子程序初始化結束后，才可以打開中斷，進而響應中斷。 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ARM的體系結構，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32字節的空間內。S3C2410A共有56個中斷源，但有些中斷源共用一個中斷向量，所以只要求創建包含32個中斷源的中斷向量表。 INT_Vectors LDR PC, INT_Reset_Addr 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, INT_IRQ_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，即轉換旁置緩沖區 (TLBs－Translation Lookaside Buffers)。MMU實現兩個主要功能，將虛擬地址轉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。主要是設置存儲器類型、總線寬度、信息，重點是對SDRAM進行設置，如列地址數、信號線時序等。 堆棧初始化 C和ARM匯編源文件經過ARM開發環境ADS1.2編譯鏈接后，生成的映像(Image)文件包含RO(只讀代碼、數據段)、RW(可讀寫數據段)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|Image$$RO$$Base|是RO段的開始地址，也是包含RO輸出段的加載和執行地址，可以在ARM Linker中設置，即-ro-base的值，從flash啟動時，這個值設置為0x00000000，ZI段不需要加載到flash中。當硬件電路復位后，映像文件中的RW段需要從Flash中拷貝到SDRAM內，同時要將ZI輸出段的內容需要用“0”進行初始化，此時輸出段在存儲區內的位置見圖2(b)。|Image$$RW$$Base|是包含RW輸出段的執行地址，這個地址值也需要在ARM Linker中設置，即-rw-base的值，一般將-rw-base的值設置到SDRAM的地址范圍內，在這里設置為SDRAM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。 圖2 加載和執行時存儲區分布 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)、數據訪問中止模式(abt)、系統模式(sys)和未定義指令中止模式(und)。在堆棧初始化時，應對S3C2410A的每種運行模式分別設置堆棧，一般堆棧的大小可以設置為4KB。另外還要對HISR(High-Level Interrupt Service Routines)堆棧的起始地址、大小和優先級進行設置，它的堆棧大小可設為2KB。 中斷初始化 1. 將Nucleus PLUS異常中斷向量表從ROM中復制到RAM中，即：將地址為0x00000000的異常中斷向量表復制到地址0x33FFFF00處，這樣在中斷響應的過程中就可以從RAM中提取異常中斷向量表，提高中斷的響應速度； 2. 關閉看門狗時鐘，創建所有IRQ中斷的中斷向量表； 3. 清除所有中斷的判斷位。 系統時鐘中斷初始化 因為Timer4是用來作為Nucleus PLUS的系統時鐘的，所以在嵌入式實時操作系統移植的過程中，一定要對它的時鐘中斷進行配置，配置過程如下： 1. 設置S3C2410A的內部定時器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的系統節拍時鐘； 3. 初始化S3C2410A的MPLL控制寄存器MPLLCON，將S3C2410A的主時鐘FCLK設置為266MHz； 4.設置分頻器寄存器CLKDIVN使HCLK = FCLK/2，PCLK = HCLK/2。 設置系統可用存儲區的首地址 在板級初始化程序(INT_ Initialize)結束后，系統開始調用操作系統初始化程序(INC_Initialize)。這時需要設置可供用戶使用的存儲器首地址first_available_memory，令first_available_memory= |Image$$bss$$ZI$$Limit|，其中|Image$$bss$$ZI$$Limit|是ARM鏈接器生成的可執行映像文件中初始化為0段(ZI段)的終止地址。修改后調用程序INC_Initialize(VOID *first_available_memory)，即進入操作系統初始化。Nucleus PLUS的移植工作也宣告結束。 結語 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龍科技有限公司的FS2410開發板上運行正常，可以實現多任務調度、任務間通信和中斷響應。因為移植過程是針對特定的硬件環境的，所以移植中要采用ARM匯編語言，這是嵌入式操作系統移植的難點。移植的重點是建立中斷向量表、創建操作系統的系統時鐘中斷和設置系統堆棧。本文論述的移植方法對其他嵌入式操作系統在ARM微處理器上的移植過程也有一定的借鑒價值。 |
