eCos嵌入式操作系統構建

嵌入式可配置操作系統eCos(Embedded Configureable Operating System)的特點(diǎn)是可配置性、可裁減性、可移植性和實(shí)時(shí)性。它的一個(gè)主要技術(shù)特色就是功能強大的配置系統，可以在源碼級實(shí)現對系統的配置和裁減。與Linux的配置和裁減相比，eCos的配置方法更清晰、更方便;且系統層次也比Linux清晰明了，移植和增加驅動(dòng)模塊更加容易。正是由于這些特性，eCos引起了越來(lái)越多的關(guān)注，同時(shí)也吸引越來(lái)越多的廠(chǎng)家使用eCos開(kāi)發(fā)其新一代嵌入式產(chǎn)品。

　　eCos現在由Red Hat維護，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的層次結構

　　eCos采用模塊化設計，由不同的功能組件構成，eCos系統的層次結構如圖1所示。

　　這種層次結構的最底層是硬件抽象層(Hardware Abstraction Layer)，簡(jiǎn)稱(chēng)為HAL，它負責對目標系統硬件平臺進(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(gè)eCos系統包括基于eCos的應用移植到新的硬件平臺上。

　　2 構建eCos系統

　　構建eCos系統首先要搭建自己的硬件抽象層，然后創(chuàng )建驅動(dòng)程序，之后就可以編制應用程序了。

　　3 硬件抽象層的移植

　　硬件抽象層分為三個(gè)不同的子模塊：體系結構抽象層(Architecture HAL)、變體抽象層(Variant HAL)和平臺抽象層(Platform HAL)。

　　體系結構抽象層。eCos所支持的不同處理器系列具有不同的體系結構，如ARM系列、PowerPC系列、MIPS系列等。體系結構抽象層對CPU的基本結構進(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(dòng)以及該類(lèi)處理器結構的指令系統等。

　　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。

　　平臺抽象層是對當前系統的硬件平臺進(jìn)行抽象，包括平臺的啟動(dòng)、芯片選擇和配置、定時(shí)設備、I/O寄存器訪(fǎng)問(wèn)以及中斷寄存器等。

　　硬件抽象層的這三個(gè)子模塊之間沒(méi)有明顯的界線(xiàn)。對于不同的目標平臺，這種區分具有一定的模糊性。例如，MMU和Cache可能在某個(gè)平臺上屬于體系結構抽象層，而在另一個(gè)平臺上則可能屬于變體抽象層的范圍;再比如，內存和中斷控制器可能是一種片內設備而屬于變體抽象層，也可能是片外設備而屬于平臺抽象層。

　　eCos的移植通過(guò)這三個(gè)子模塊來(lái)完成，即平臺抽象層的移植、變體抽象層的移植和體系結構抽象層的移植。對一個(gè)新的體系結構來(lái)說(shuō)，其系統結構抽象層的建立相對來(lái)說(shuō)比較困難。eCos支持大部分當前廣泛使用的嵌入式CPU，已具有了支持各種體系結構的硬件抽象層。因此，eCos的移植很少需要進(jìn)行體系結構抽象層的編寫(xiě)。

　　4 平臺抽象層的移植

　　一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)行eCos開(kāi)發(fā)時(shí)，移植的主要工作在于平臺抽象層，這是由于eCos已實(shí)現了絕大多數流行嵌入式CPU的體系結構抽象層和變體抽象層。平臺抽象層主要完成的工作包括：內存的布局、平臺早期初始化、中斷控制器以及簡(jiǎn)單串口驅動(dòng)程序等。

　　構建一個(gè)新的平臺系統，最簡(jiǎn)單的方法是利用eCos源碼提供的具有相同體系結構和CPU型號的參考平臺硬件抽象層，將其作為模板，復制并修改所有與新平臺相關(guān)的文件。若eCos沒(méi)有這樣的平臺，則可用另一種體系結構或CPU型號的類(lèi)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，當需要移植eCos到ARM CPU S3C44B0上時(shí)，這將是一個(gè)很好的起點(diǎn)。

　　移植工作最好是從RedBoot開(kāi)始，實(shí)現的第一個(gè)目標是使RedBoot運行在新平臺上。RedBoot是eCos自帶的啟動(dòng)代碼，它比eCos要簡(jiǎn)單，沒(méi)有使用中斷和線(xiàn)程機制，但包含了大部分最基本的功能。

　　建立目標平臺的RedBoot通常按以下步驟進(jìn)行(以構建S3C44b0的新平臺為例)。

　?、?復制eCos源碼中選定的參考平臺，根據需要對目錄及文件更名。更名的主要內容有：新平臺的目錄名、組件定義文件(CDL)、內存布局文件(MLT)、平臺初始化的源文件和頭文件

　?、?調整組件定義文件(CDL)選項。包括選項的名字、實(shí)時(shí)時(shí)鐘/計數器、CYGHWR_MEMORY_LAYOUT 變量、串口參數以及其他的一些選項。

　?、?在頂層ecos.db文件中加入所需要的包，并增加對目標平臺的描述。在最初，該目標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(guò)修改后，就可在eCos配置程序中選擇新的平臺進(jìn)行配置。

　?、?修改include/pkgconf中的內存布局(MLT)文件。按照新的硬件平臺內存布局修改MLT文件。MLT文件對應每種啟動(dòng)類(lèi)型有三個(gè)不同后綴的文件：.h文件以及.ldi文件和mlt文件。手工修改時(shí)只需修改.h文件和.ldi文件，并保證兩個(gè)文件同步修改。修改的主要內容有ROM的起始地址、ROM的大小、RAM的起始地址和RAM的大小。

　?、?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的系統配置寄存器、內存配置寄存器、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(kāi)發(fā)初期，最好先將Cache關(guān)閉，等移植穩定后再打開(kāi)。

　?、?實(shí)現簡(jiǎn)單的串口驅動(dòng)程序。串口的初始化、接收和發(fā)送在src/hal_diag.c文件完成。主要的函數如下：

　　cyg_hal_plf_serial_init_channel()，完成對某個(gè)串口的具體初始化工作;

　　cyg_hal_plf_serial_putc()，從串口發(fā)送一個(gè)字符;

　　cyg_hal_plf_serial_getc()，從串口接收一個(gè)字符;

　　cyg_hal_plf_serial_getc_nonblock()，以無(wú)阻塞的方式接收一個(gè)字符，即緩沖區中無(wú)數據時(shí)立即返回;

　　cyg_hal_plf_serial_isr()，串口中斷服務(wù)程序;

　　cyg_hal_plf_serial_init()，調用cyg_hal_plf_serial_init_channel()函數初始化各串口，并向內核注冊串口中斷服務(wù)程序、串口的讀寫(xiě)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(gè)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完成系統的中斷宏定義。在不同的平臺中設備數量和類(lèi)型不同，中斷的譯碼方式也不一致，需要根據具體情況作出調整。

　　hal_platform_setup.h主要完成系統硬件的初步配置，這里一般要在看門(mén)狗和中斷關(guān)閉后，配置系統時(shí)鐘頻率、ROM和RAM的初始化參數。

　　s3c44b0_misc.c文件完成目標板的進(jìn)一步初始化、中斷處理、延時(shí)例程和操作系統時(shí)鐘設置。

　　經(jīng)過(guò)以上修改，底層的平臺抽象層就基本完成了，這時(shí)可用eCos的配置工具生成RedBoot進(jìn)行測試。

　　RedBoot測試成功后，說(shuō)明平臺已經(jīng)能正確完成初始化操作，且串口驅動(dòng)也能正常工作，接著(zhù)要完成中斷和Cache等測試工作?？衫靡恍┒嗑€(xiàn)程的小程序測試，檢測時(shí)鐘配置是否正確，同時(shí)也檢測了中斷能否正常工作。