基于xilkernel的嵌入式應用程序設計方法

　集成在virtex-iipro器件中的powerpc405，是一個(gè)32位risc硬核，它支持coreconnect總線(xiàn)的標準外設集合。使用coreconnect總線(xiàn)，可以方便地控制多個(gè)外設。在edk集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下，對于多個(gè)外設，每個(gè)外設都有對應的任務(wù)。powerpc405默認的嵌入式內核是standalone，在其上開(kāi)發(fā)的多個(gè)任務(wù)是宏觀(guān)串行執行的，只有利用參數傳遞或全局參變量來(lái)建立各任務(wù)間的關(guān)系。在很多情況下，系統需要多個(gè)任務(wù)系統宏觀(guān)并行執行，使用standalone顯然是不合適的。而通過(guò)把嵌入的standalone內核改變?yōu)閑dk自帶的xilkernel內核，適當地改變軟件平臺設置的內容，就可以實(shí)現多個(gè)任務(wù)的并行執行。xilkernel也支持多任務(wù)間通訊和中斷。根據各種通訊方式，也可以建立各個(gè)任務(wù)之間的聯(lián)系；通過(guò)中斷，處理器可以及時(shí)響應外設產(chǎn)生的事件。

　　硬件系統結構

　　如圖1所示，powerpc405使用fpga外部的存儲單元，使用coreconnect總線(xiàn)和外圍接口。coreconnect總線(xiàn)的標準外設集合可以重復使用，使系統整合變的更加容易。

圖1powerpc405硬件系統結構

　　coreconnect總線(xiàn)結構

　　plb總線(xiàn)接口：用于powerpc405內核與高性能設備的連接。plb接口包括isplb接口和dsplb接口兩種。其中，isplb接口用于外設與powerpc405指令緩沖的連接，dsplb接口用于外設與powerpc405數據緩沖的連接。
opb總線(xiàn)接口：片上外設總線(xiàn)，內核通過(guò)opb來(lái)訪(fǎng)問(wèn)低速和低性能的系統資源。它不是直接連接到處理器內核。處理器內核借助于“plbtoopb”橋，通過(guò)opb訪(fǎng)問(wèn)從外設；opb總線(xiàn)控制器的外設可以借助“opbtoplb”橋，通過(guò)plb訪(fǎng)問(wèn)存儲器。

　　硬件平臺構件

　　在edk集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，由用戶(hù)向導生成mhs文件，用戶(hù)也可以根據mhs文件的語(yǔ)法添加自定義的外設。mhs文件用于描述硬件體系結構，其主要包括平臺的處理器類(lèi)型、總線(xiàn)結構、外圍接口、中斷處理和地址空間。
edk工具platgen使用mhs文件作為輸入來(lái)創(chuàng )建硬件平臺，它創(chuàng )建不同形式的網(wǎng)表文件(ngc，edif)，下游工具的支持文件和頂級hdl包裝以允許用戶(hù)添加其他的組件到硬件平臺。

　　軟件系統結構

　　在edk集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，mss文件用于描述軟件體系結構，其主要定義了平臺的內核、軟件庫、驅動(dòng)程序和文件系統的參數。

　　edk工具libgen使用mss文件作為輸入，定制驅動(dòng)、庫、文件系統和中斷處理程序。

　　xilkernel模塊結構

　　xilkernel模塊結構如圖2所示，xilkernel提供與內核的posix接口。但并不是每一個(gè)通過(guò)posix定義的概念和接口都是可用的。取而代之的是一個(gè)精細選擇的子集，幾乎覆蓋了所有有用的接口和概念。其支持posix線(xiàn)程、posix無(wú)名信號量、xsi消息隊列、posix互斥鎖、中斷處理等。

　　xilkernel的軟件平臺配置

　　xilkernel已經(jīng)被設計為可以和edk軟件和硬件流緊密共同工作，完全被整合在軟件平臺配置和自動(dòng)的庫、板級支持包產(chǎn)生機制之中。在軟件配置平臺，可以對xilkernel支持的功能進(jìn)行配置，下面介紹一些主要的配置：

a、指定系統定時(shí)器的頻率值和時(shí)間片間隔。
b、指定系統可以運行的線(xiàn)程數量、任務(wù)調度方式(這里我們設置為優(yōu)先級搶占方式，以保證重要的突發(fā)事件及時(shí)得到處理)和系統中斷控制器。
c、配置系統的通訊方式，可以通過(guò)這些開(kāi)關(guān)來(lái)確定系統需要的通訊方式，并可以確定各個(gè)通訊方式的參數。包括消息隊列、信號量等。
d、指定系統的靜態(tài)任務(wù)，也就是完全進(jìn)入內核后執行的第一個(gè)任務(wù)，可以在這個(gè)任務(wù)里產(chǎn)生和設置系統需要的其它任務(wù)。
e、一些增強系統功能的設置等等。

　　主要任務(wù)間的通訊方式和中斷

　　必需的配置

　　首先要生成連接腳本，是通過(guò)硬件需要生成的，此腳本反映了xilkernel需要的不同的段存儲器。比如.vectors段被分配于一個(gè)有64kb地址邊界的存儲器的開(kāi)始，而.boot段在0xfffffffc處。其余的代碼和數據存儲器可以放在任何地方。

圖2xilkernel模塊結構

　　其次，xilkernel是作為一個(gè)庫來(lái)架構的。這意味著(zhù)應用程序源文件僅需要連接xilkernel，就能夠訪(fǎng)問(wèn)xilkernel的功能。這些需要設置編譯器的庫連接選項為xilkernel，并在用戶(hù)代碼中包含“xmk.h”文件。應用程序提供main()入口，然后通過(guò)調用xilkernel_main()作為內核的入口點(diǎn)。產(chǎn)生庫、bsp并編譯程序后，xilkernel將自動(dòng)作為系統啟動(dòng)、初始化硬件核、中斷和軟件處理程序的一部分。下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的內核入口代碼：

#includexmk.h
/*定義和聲明*/
intmain()
{
/*用戶(hù)完成預處理，不允許調用內核接口*/
xilkernel_main();/*開(kāi)始內核*/
/*程序不會(huì )執行到這里*/
}
/*系統的靜態(tài)任務(wù)*/
void*first_thread()
{
/*產(chǎn)生一些線(xiàn)程來(lái)處理用戶(hù)需要*/
}

　　線(xiàn)程的創(chuàng )建

　　線(xiàn)程的創(chuàng )建及屬性的簡(jiǎn)單設置可以由下面幾個(gè)函數實(shí)現：
intpthread_attr_init(pthread_attr_t*attr)

　　intpthread_attr_setschedparam(pthread_attr_t*attr,structsched_param*schedpar)
intpthread_create(pthread_tthread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_func)(void*),void*param)

　　pthread_attr_init()初始化線(xiàn)程的屬性。thread_attr_setschedparam()來(lái)設置線(xiàn)程的優(yōu)先級，attr是線(xiàn)程的屬性，schedpar是包含有線(xiàn)程優(yōu)先級的數據結構。pthread_create()創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程，thread表明線(xiàn)程id，attr指出線(xiàn)程屬性，start_func函數指針是線(xiàn)程創(chuàng )建成功后開(kāi)始執行的函數，param是這個(gè)函數的一個(gè)唯一的參數。

　　在靜態(tài)任務(wù)中調用這些函數來(lái)產(chǎn)生一些有優(yōu)先級的任務(wù)。如下例：

staticpthread_ttid0,tid1;
staticpthread_attr_tattr;
staticstructsched_paramprio;
void*first_thread(){......
pthread_attr_init(attr);
prio.sched_priority=4;
pthread_attr_setschedparam(attr,prio);
ret=pthread_create(tid0,attr,(void*)important_task,null);
pthread_attr_init(attr);
prio.sched_priority=5;
pthread_attr_setschedparam(attr,prio);
ret=pthread_create(tid1,attr,(void*)second_important_task,null);
......
}