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从RTOS到嵌入式Linux的应用移植步骤以及相关的关_无纺布制品

作者:Aileen 发布时间:2019-08-24 01:36:16 点击数:74

在过去几年中,Linux成功地取代了一些最主要的传统RTOS(实时操作系统)平台,成为了各种各样的嵌入式设备和应用中首选的嵌入式操作系统。尽管一度曾被认为是不重要的平台,但今天嵌入式Linux已经成为主流,广泛应用于消费电子、手持和无线设备、数据联网以及电信设备等领域。Google公司在2007年11月发布的Android手机操作系统正是基于Linux内核的操作系统,使得Linux在数字移动电话业取得跨越式发展。

笔者在从台式频谱仪到手持式频谱仪的项目研发中实现了RTOS到Linux的应用移植。本文介绍了整体的设计思路和一些关键问题的实现细节。

1 RTOS到Linux的移植分析

几乎所有的RTOS都有一个简单的编程模型,它由多线程的执行(通常称为任务)构成,包含在单一的地址空间中。在RTOS中,单一主程序下多任务同时运行,具有很高的实时响应能力。

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台过去大多数嵌入式处理器没有内存管理单元,因此RTOS是单地址空间模式,即它们的物理地址和逻辑地址都是一样的。然而目前大多数的中高端处理器配备了MMU(内存管理单元)。在MMU的支持下,Linux采用虚拟内存管理,,将地址空间分为物理地址和虚拟地址,因此系统操作硬件时要进行地址映射。

根据两类系统的体系结构,RTOS移植到Linux的基本框架如图1所示。

从RTOS到嵌入式Linux的应用移植步骤以及相关的关键技术分析

由图1可看出,移植的基本步骤为:

① RTOS的全部应用代码移植到一个Linux单进程;

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台② RTOS的任务转换成Linux线程;

③ RTOS的物理地址空间映射到Linux的虚拟地址空间。

在具体的应用移植过程中,还应考虑在Linux系统下解决上层应用实时响应底层硬件中断,应用层与内核层的异步通信、数据交换,以及多进程、多线程的设计等问题。

2 RTOS到Linux的移植实现

2.1 地址映射

多数RTOS是针对较早的无MMU的CPU而设计,所以忽略了内存管理部分,即使当MMU问世后也是这样——不区分物理地址和虚拟地址。大多数 RTOS还全部运行在特权模式,虽然表面上看来是增强了性能,但全部的RTOS应用和系统代码都能够访问整个地址空间、内存映射过的设备以及其他I/O操作。这样,即使存在差别,也很难把RTOS应用程序代码同驱动程序代码区分开来。

对于当前包含MMU的处理器而言,Linux系统提供了复杂的存储管理系统,使得进程所能访问的虚拟内存达到4 GB。

在Linux系统中,进程的4 GB虚拟内存空间[1]被分为两个部分——用户空间与内核空间。用户地址空间一般分布为0~3 GB,剩下的3~4 GB为内核空间。上层应用程序通常情况下只能访问用户空间的虚拟地址,不能访问内核空间的虚拟地址。应用程序只有通过系统调用(代表应用程序进程在内核态执行)等方式才可以访问到内核空间。

而外设I/O资源是不在Linux内核虚拟地址空间中的(如SRAM或硬件接口寄存器等),若需要访问某外设I/O资源,必须先将其物理地址映射到内核虚拟地址空间中,然后才能在内核空间中访问它。

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台Linux内核访问外设I/O资源的方式有两种:静态映射(map_desc)和动态映射(ioremap)。对于静态映射,内核在系统启动时通过map_desc结构体静态创建I/O资源到内核地址空间的线性映射表(即page table),这种映射表是一一映射的关系。开发人员可以自定义该I/O内存资源映射后的虚拟地址。创建好了静态映射表,在内核或驱动中访问该I/O资源时则无需再进行ioremap映射,可以直接通过映射后的I/O虚拟地址去访问它。

这里主要讨论更常用的动态映射方式。动态映射方式是直接通过内核提供的ioremap函数动态创建一段外设I/O内存资源到内核虚拟地址的映射表,从而可以在内核空间中访问这段I/O资源。代码如下:

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台#define bcon*(volatile unsigned long*)ioremap(0x56000010,4)//动态映射

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台上述代码的含义是将0x56000010开始的4字节的物理地址映射到内核的虚拟地址中,返回的起始虚拟地址值赋给bcon宏定义。对宏定义的操作即对物理地址的操作。

ioremap宏定义在asm/io.h内:

#define ioremap(addr, size)__ioremap(addr, size, 0)

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台__ioremap函数原型为(arm/mm/ioremap.c):

void __iomem * __ioremap(unsigned long phys_addr, size_t size, unsigned long flags);

其中,phys_addr为要映射的起始的I/O地址;size为要映射的空间的大小;flags为要映射的I/O空间和权限有关的标志。

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台该函数返回映射后的内核虚拟地址(3G~4G),接着便可以通过读写该返回的内核虚拟地址去访问这段I/O内存资源。所以,在移植的开始就应该在头文件中完成设备物理地址的映射,方便后续的开发。

广东快乐十分-广东快乐十分开奖结果_广东快乐十分投注平台2.2 多进程多线程设计

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