當(dāng)前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式教程
[導(dǎo)讀]開發(fā)RTEMS實(shí)時(shí)系統(tǒng)的板級支持包

   一個優(yōu)秀的RTOS(Real-Time Operating system)不但要擁有一個高可靠、多任務(wù)的實(shí)時(shí)內(nèi)核,還應(yīng)具有可剪裁和可移植的能力。RTEMS(the Real - Time Executivefor Multiprocessor Systems)[1]就是這樣的系統(tǒng),它提供的環(huán)境可以滿足高性能的嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)應(yīng)用。目前,RTEMS支持的CPU系列有:A29k、ARM、H8300、1386、1960、M68k、MIPS、PPC和SPARC等。
    板級支持包BSP(Board Support Package)是嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分,也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可移植性的關(guān)鍵。它負(fù)責(zé)上電時(shí)的硬件初始化、啟動嵌入式操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序模塊、提供底層硬件驅(qū)動,為上層軟件提供訪問底層硬件的手段。BSP針對目標(biāo)板設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)和功能隨目標(biāo)板的不同而呈現(xiàn)較大的差異。在將嵌入式系統(tǒng)移植到一種新的CPU時(shí),必須提供相應(yīng)的板級支持包。
    本文參考SPARC微處理器ERC32的BSP,主要討論RTEMS的BSP開發(fā)過程。


1 RTEMS體系結(jié)構(gòu)
    RTEMS采用微內(nèi)核基礎(chǔ)上的層次化結(jié)構(gòu),如圖l所示。這種結(jié)構(gòu)只把那些絕對必需的系統(tǒng)功能置于內(nèi)核之中(如中斷管理、上下文切換、內(nèi)存訪問管理、時(shí)間管理、線程及線程間的通信與同步管理等),而把那些并非必需的系統(tǒng)功能(如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程過程調(diào)用等)置于微內(nèi)核之上在用戶模式下運(yùn)行。

    RTEMS的板級支持包是啟動代碼、連接器腳本和編譯規(guī)范文件(specs)和設(shè)備驅(qū)動程序的集合[2],它們針對不同目標(biāo)機(jī)的硬件環(huán)境剪裁RTEMS。


2 RTEMS啟動過程
    處理器加電或復(fù)位時(shí),基于RTEMS的應(yīng)用程序初始化或者重新初始化[3]。BSP中的啟動代碼負(fù)責(zé)為RTEMS應(yīng)用程序建立運(yùn)行環(huán)境。
    RTEMS啟動過程的順序如下:
    ① 執(zhí)行BSP中的啟動代碼;
    ② 調(diào)用rtems_initialize_executive;
    ③ 局部和全局應(yīng)用程序的初始化。
    處理器復(fù)位時(shí),首先執(zhí)行BSP的啟動代碼。BSP必須將所有的硬件初始化為一個靜止?fàn)顟B(tài),然后操作系統(tǒng)才能初始化。rtems_initialize_executive指令不返回啟動代碼,它將導(dǎo)致最高優(yōu)先級的初始化任務(wù)開始執(zhí)行。初始化任務(wù)用于完成局部或全局依賴于RTEMS的應(yīng)用程序初始化。


3 BSP開發(fā)過程
    下面以SPARC微處理器ERC32為例,說明RTEMSBSP的開發(fā)步驟:
    ①建立開發(fā)環(huán)境。開發(fā)模式采用宿主機(jī)/目標(biāo)機(jī)模式。宿主機(jī)運(yùn)行環(huán)境采用Linux系統(tǒng),目標(biāo)機(jī)為ERC32。宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)通過串口連接。交叉開發(fā)工具采用添加了RTEMS補(bǔ)丁的GNU工具鏈(GCC,GDB,Newlib,binary utilities)。
    ② 選擇BSP模板。通常是根據(jù)操作系統(tǒng)提供的BSP模板,選擇與應(yīng)用硬件環(huán)境最為相似的參考設(shè)計(jì),針對具體的目標(biāo)機(jī)對參考BSP進(jìn)行必要的修改和增刪,以形成自己的BSP。選擇一個適當(dāng)?shù)腂SP模板可以達(dá)到事半功倍的效果。
    ③建立新bsp目錄。將模板BSP整個目錄拷貝到適當(dāng)?shù)哪夸浵?如libbsp/),重命名為mybsp。
    ④ 建立bsp配置文件。拷貝任意一個BSP.cfg,重命名為mybsp.cfg,修改相關(guān)的體系結(jié)構(gòu)定義,如:RTEMS_CPU_MODEL,RTEMS_BSP,CPU_CFLAGS和制定make_exe規(guī)則。
    ⑤修改makefile文件。對mybsp-bsp中每一個Makefile.in文件,運(yùn)行acpolish,并檢查運(yùn)行的結(jié)果,例如:
    cd /mybsp - bsp/some_subdir
    /path_to_SACOS/t00ls/update/acpolish<Makefile.old>Makefile.new
    再次運(yùn)行acpolish:
    /path_to_SACOS/tools/update/acpolish<Makefile.new>Makefile.in
    將Makefile.new和Makefile.in進(jìn)行比較。如果不相同,則重新編輯Makefile.new,多次運(yùn)行acpolish,直到連續(xù)兩次產(chǎn)生的Makefile.in相同。
    ⑥ 修改啟動代碼。建立自陷表、基本的CPU初始化、設(shè)置中斷堆棧等。
    ⑦ 配置RTEMS。設(shè)置RTEMS相關(guān)全局變量和常量、RTEMS配置表、CPU依賴信息表、系統(tǒng)初始化任務(wù)表,以及用戶初始化任務(wù)表等,除完成相關(guān)的系統(tǒng)功能之外,提供板上外設(shè)的設(shè)備驅(qū)動程序。
    ⑧調(diào)試和測試。建立RTEMS執(zhí)行映像,利用串口下載可執(zhí)行映像到目標(biāo)機(jī),測試BSP的正確性。
3.1 啟動代碼實(shí)現(xiàn)
    BSP的啟動代碼主要包含在五個文件中。它們是Start.s、boardinit.S、bootcard.c、bspstart.C和main.C。
    Start.s包含了用于硬件初始化的匯編語言代碼,它是RTEMS的引導(dǎo)ROM入口。入口點(diǎn)SYM(start)是目標(biāo)機(jī)上電后執(zhí)行的第一段程序。SYM(start)的工作是完成將控制轉(zhuǎn)移到C程序boot_card()所需要的最少的設(shè)置,如初始化堆棧和禁止外部中斷等。它的具體操作包括:
    ①定義自陷表。這個自陷表是SPARC V7體系共有的,可從參考BSP中復(fù)制。
    ②初始化處理器。
    a)初始化自陷基地址寄存器TBR,即將自陷表地址寫入TBR;
    b)初始化處理器狀態(tài)寄存器PSR,設(shè)置系統(tǒng)為最高優(yōu)先級運(yùn)行模式,禁止所有可屏蔽中斷;
    c)設(shè)置窗口無效寄存器WIM;
    d)初始化堆棧,設(shè)置堆棧指針。
    ③調(diào)用SYM(_bsp_board_init)(在boardinit.S中定義,這些代碼是目標(biāo)板專用的),初始化MEC系統(tǒng)寄存器,初始化定時(shí)器。
    ④將已初始化數(shù)據(jù)從ROM拷貝到RAM,未初始化內(nèi)存清零。
    ⑤初始化環(huán)境變量和參數(shù),調(diào)用C程序boot_card()。
    boot_card()完成RTEMS的基本配置,如設(shè)置RTEMS配置表、CPU依賴信息表的相關(guān)入口等。它調(diào)用bsp_start()完成目標(biāo)板特定的系統(tǒng)配置,調(diào)用內(nèi)核初始化函數(shù)完成RTEMS系統(tǒng)的初始化。boot_card()的具體操作包括:
    ①定義和聲明RTEMS全局變量。
    extern rtems_configuration_table Configuration;
    extern rtems_.configuration_.table BSP_Configuration;
    extern rtems_cpu_table Cpu_table;
    rtems_api_configuration_table BSP_RTEMS_Configura-tion;
    rtems_interrupt_level bsp_isr_level;
    ②初始化CPU依賴信息表的所有人口為缺省值,除了下列兩項(xiàng),其余都為NULL。
    Cpu_table.do_zero_of_workspace =TRUE;
    Cpu_table.interrupt_stack_size =RTEMS_MINIMUM_STACK_SIZE;
    ③ 調(diào)用bsp_start(),根據(jù)目標(biāo)機(jī)環(huán)境重新配置RTEMS,為系統(tǒng)初始化任務(wù)建立標(biāo)準(zhǔn)C支持環(huán)境。
    ④ 調(diào)用內(nèi)核初始化函數(shù)rtems_initialize_executive_ early(),初始化RTEMS和設(shè)備驅(qū)動程序。
    ⑤調(diào)用c_rtems_main(),創(chuàng)建并啟動多任務(wù),運(yùn)行用戶應(yīng)用程序,直到調(diào)用rtems_shutdown_executive()退出RTEMS,才將控制返回BSP。
    bsp_start()根據(jù)目標(biāo)機(jī)環(huán)境重新配置RTEMS,為調(diào)用操作系統(tǒng)初始化函數(shù)準(zhǔn)備一個合適的軟硬件環(huán)境。它的具體操作是:
    ①定義RTEMS全局變量。
    unsigned char*work_space_start;
    rtems_configuration_table BSP_Configuration;
    rtems_cpu_table Cpu_table;
    ②修改CPU依賴信息表,為RTEMS系統(tǒng)初始化任務(wù)建立支持環(huán)境。
    /*在執(zhí)行系統(tǒng)初始化任務(wù)之前,設(shè)置存堆的開始地址和大小,建立C支持庫*/
    Cpu_table.pretasking_hook=bsp_pretasking_hook;
    /*在驅(qū)動程序初始化之后注冊設(shè)備名,打開標(biāo)準(zhǔn)輸人、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯誤文件*/
    Cpu_table.postdriver_hook=bsp_postdriver_hook;
    Cpu_table.do_zero_of_workspace=TRUE;
    /*設(shè)置中斷堆棧的大小(16*1024)*/
    Cpu_table.interrupt_stack_size=ONFIGURE_INTER-RUPT_STACK_MEMORY;
    ③檢查并設(shè)置工作區(qū)起始地址。
    BSP_Configuration.work_space_start=work_space_start;
    ④設(shè)置時(shí)鐘嘀嗒頻率。
    CPU_SPARC_CLICKS_PER_TICK=BSP_Configuration.microseconds_per_tick;
    ⑤結(jié)束返回boot_card()。
    圖2描述了RTEMS系統(tǒng)初始化函數(shù)之間的調(diào)用關(guān)系。


3.2設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)
    設(shè)備驅(qū)動程序的工作方式有輪詢和中斷兩種。無論采用哪一種方式,設(shè)備驅(qū)動程序的基本流程都是相同的。下面以時(shí)鐘設(shè)備驅(qū)動程序?yàn)槔?,簡單說明編寫RTEMS設(shè)備驅(qū)動程序的基本框架。
    ①聲明和定義常量和全局變量。
    /*關(guān)于時(shí)鐘設(shè)備的常量參數(shù)*/
    volatile rtems_unsigned32 Clock_driver_ticks;
    extern int CLOCK_SPEED;
    extern rtems_unsigned32 CPU_SPARC_CLICKS_PER_TICK;
    /*定義時(shí)鐘驅(qū)動程序入口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并初始化*/
    #define CLOCK_DRIVER_TABLE_ENTRY{Clock_initialize,NULL,NULL,NULL,NULL,Clock_contr01}
    ②獲取接口參數(shù)。
    rtems_device_major_number
    rtems_clock_major=~O;
    rtems_device_minor_number
    rtems_clock_minor
    ③提供接口函數(shù)。
    /*時(shí)鐘驅(qū)動程序初始化入口*/
    rtems_device_driver Clock_initialize()  {
    /*安裝時(shí)鐘中斷向量,設(shè)置時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和標(biāo)度器的預(yù)設(shè)值;保存時(shí)鐘設(shè)備接口參數(shù),以備系統(tǒng)使用*/   };
    /*時(shí)鐘滴答中斷處理程序*/
    rtems_isr Clock_isr()  {
    /*時(shí)鐘設(shè)備的計(jì)數(shù)器和標(biāo)度器設(shè)值為周期運(yùn)行模式*/   };
    /*時(shí)鐘設(shè)備控制入口*/

    nems—deviceLdriver Clock_control()
    {
    //設(shè)置時(shí)鐘滴答中斷處理方式
    };
    /*關(guān)閉時(shí)鐘設(shè)備*/
    void Clock_exit()
    {
    //屏蔽時(shí)鐘滴答,停止時(shí)鐘計(jì)數(shù)
    };
    ④啟動時(shí)鐘設(shè)備。
3.3 修改鏈接器命令腳本
    鏈接器命令腳本為鏈接器提供鏈接的規(guī)則,對鏈接過程進(jìn)行顯式地控制.修改鏈接器腳本,配置系統(tǒng)可用內(nèi)存區(qū)域和定義可執(zhí)行映像各個程序段在內(nèi)存中的位置,如加載程序時(shí)代碼段(.text)從RAM地址。開始放置.
    /*缺省值,可以修改*/
    _PR()M_SIZE=2M;
    _RAM_SIZE=4M;
    _RAM_START_0x02000000;
    _PROM-START=0x00000000;
    /*最終可執(zhí)行程序段的內(nèi)存位置*/
    SECTI()NS
    { .txt :
    { text_start=.;
    *(.text)
    .=ALIGN(16);
    }>RAM


4 建立RTEMS可執(zhí)行映像
    BSP開發(fā)完成之后,與RTEMS的其他代碼,如CPU依賴層、超核、API以及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序模塊等,經(jīng)由交叉編譯工具編譯連接之后,生成可以加載到目標(biāo)機(jī)的RTEMS執(zhí)行映像,如圖3所示。

結(jié) 語
    BSP的開發(fā)對于嵌入式系統(tǒng)的移植具有重要意義.本文以SPARC體系微處理器ERC32為例,討論了RTEMS BSP的功能及其開發(fā)過程.實(shí)踐證明,在BSP的開發(fā)過程中,①選擇一個適當(dāng)?shù)腂SP模板,②深刻理解模板BSP中的相關(guān)概念。這兩點(diǎn)相當(dāng)重要。因?yàn)?,選擇一個相近的BSP模板可大大減少工作量和復(fù)雜度.縮短移植周期;而深刻理解相關(guān)概念有助于根據(jù)具體目標(biāo)硬件環(huán)境對模板BSP進(jìn)行正確修改,達(dá)到預(yù)期目的。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉