手把手帶你做LiteOS的樹莓派移植

阿新 • • 發佈：2021-10-13

摘要：樹莓派是英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發的一款基於arm的微型電腦主機板。本文介紹基於LiteOS的樹莓派移植過程。

本文分享自華為雲社群《2021 LiteOS樹莓派移植指南(一)》，作者： Lionlace 。

樹莓派是英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發的一款基於arm的微型電腦主機板。本文介紹基於LiteOS的樹莓派移植過程。

硬體資訊

開發板：Raspberry Pi 2 Model B（樹莓派2B）

CPU：Broadcom BCM2836

主頻：900MHz

記憶體：1GB

GPU：VideoCore IV GPU

移植準備

硬體環境

本實驗使用了Raspberry Pi 2 Model B開發板、USB轉TTL模組、SDcard和讀卡器。

軟體環境

本實驗需要先按照碼雲上的LiteOS教程搭建好linux環境（make、arm-none-eabi編譯工具鏈）。環境搭建教程：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/blob/master/doc/LiteOS_Build_and_IDE.md
本實驗需要下載官方的映象製作工具（Raspberry Pi Imager），下載地址：https://www.raspberrypi.org/software/

移植步驟

建立目錄結構

在targets目錄下新增Raspberry_Pi2B目錄，參考與cortex-A7架構差異較小的realview-pbx-a9的啟動流程進行移植。

將realview-pbx-a9目錄下的reset_vector.S和main.c拷貝到Raspberry_Pi2B目錄下並將reset_vector.S重新命名為los_startup_gcc.S。

將realview-pbx-a9目錄下的board.ld和liteos.ld中內容合併到Raspberry_Pi2B目錄下liteos.ld檔案中。
拷貝realview-pbx-a9目錄下include、os_adapt資料夾到Raspberry_Pi2B目錄下，並刪除不需要的dma相關標頭檔案include/asm/dma.h。

關閉SMP和MMU

在los_startup_gcc.S檔案中增加關閉SMP和MMU的程式碼。

關閉SMP功能

mrc p15, 0, r0, c1, c0, 1
bic r0, r0, #0x40
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 1

上表是ACTLR（Auxiliary Control Register）暫存器bit6功能描述資訊，瞭解更多暫存器相關資訊可以參考Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual。

關閉MMU的功能

mrc     p15, #0, r0, c1, c0, #0
bic     r0, r0, #1
mcr     p15, #0, r0, c1, c0, #0    @ clear mmu bit

上表是SCTLR （System Control Register）暫存器bit0功能描述資訊，瞭解更多暫存器相關資訊可以參考Cortex-A7MPCore Technical Reference Manual。

刪除呼叫SMP相關函式

刪除los_startup_gcc.S中的enable_scu和secondary_cpu_start。

使能FPU/ENON

配置FPU/NEON：

/* enable fpu+neon */
LDR     r0, =(0xF << 20)
MCR     p15, 0, r0, c1, c0, 2
MOV     r3, #0x40000000
VMSR    FPEXC, r3

以上前兩行程式碼用於設定CP10和CP11的訪問許可權，後兩行用於設定暫存器FPEXC的EN位來使能FPU。

注：在arm的協處理器設計中，最多可以支援16個協處理器，通常被命名為cp0～cp15。

上表為暫存器CPACR bit20-23功能描述資訊，瞭解更多暫存器相關資訊可以參考Cortex-A7 MPCore Technical Reference Manual。

修改連結指令碼

樹莓派啟動時首先載入SD卡中的start.elf檔案，該程式會讀取SD卡中的config.txt檔案內容，該檔案記錄了一些配置資訊。如果沒有設定啟動地址和啟動檔案，則預設會載入kernel8.img檔案，該檔案是aarch64編譯的程式，啟動地址為0x80000。如果SD卡中無kernel8.img映象檔案，則會載入kernel7.img映象檔案，該檔案是32位編譯器編譯的程式，啟動地址為0x8000。樹莓派2B的cpu是32位架構，因此設定liteos.ld檔案中啟動地址為0x8000。

棧初始化

樹莓派2B啟動檔案los_startup_gcc.S中只設置了SVC模式的sp暫存器，新增cpuInit函式來初始化其他模式的sp指標。如下所示：

VOID cpuInit(VOID)
{
    __asm__ (
    "msr    cpsr_c, %1\n\t"
    "mov    sp,     %0\n\t"
    "msr    cpsr_c, %3\n\t"
    "mov    sp,     %2\n\t"
    "msr    cpsr_c, %5\n\t"
    "mov    sp,     %4\n\t"
    "msr    cpsr_c, %7\n\t"
    "mov    sp,     %6\n\t"
    "msr    cpsr_c, %8\n\t"
        :
        : "r" (__irq_stack_top),
          "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_IRQ_MODE),
          "r" (__abt_stack_top),
          "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_ABT_MODE),
          "r" (__undef_stack_top),
          "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_UNDEF_MODE),
          "r" (__fiq_stack_top),
          "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_FIQ_MODE),
          "I" (PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | CPSR_SVC_MODE)
        : "r14");
}

配置動態記憶體地址

#define OS_SYS_MEM_ADDR        ((void *)(&__bss_end))
#define LOS_HEAP_ADDR_END      (void*)(0x0 + 4 * 1024 * 1024)
#define OS_SYS_MEM_SIZE        (UINT32)(((UINT32)LOS_HEAP_ADDR_END - (UINT32)OS_SYS_MEM_ADDR + (64 - 1)) & ~(64 - 1))

以上程式碼定義OS_SYS_MEM_ADDR為動態記憶體起始地址，LOS_HEAP_ADDR_END為動態記憶體結束地址，OS_SYS_MEM_SIZE為動態記憶體大小。

串列埠實現

樹莓派2B原理圖引出了mini_uart串列埠TXD0、RXD0，對應的引腳為GPIO14、GPIO15，如下圖所示：

建立usart.c和usart.h檔案，在usart.c中編寫串列埠初始化函式UartInit，並實現uart_debug.c檔案中uart_getc、uart_hwiCreate、uart_write介面，實現printf函式從串列埠輸出。

適配中斷

樹莓派2B的中斷屬於bcm特定的中斷控制器。在drivers/interrupt目錄下新增arm_control.c檔案，並在該檔案中實現HwiControllerOps結構體內的回撥函式。

STATIC const HwiControllerOps g_armControlOps = {
    .enableIrq      = HalIrqUnmask,
    .disableIrq     = HalIrqMask,
    .getCurIrqNum   = HalCurIrqGet,
    .getIrqVersion  = HalIrqVersion,
    .getHandleForm  = HalIrqGetHandleForm,
    .handleIrq      = IrqEntryArmControl,
    .clearIrq       = HalIrqClear,
    .triggerIrq     = HalIrqPending,
};

以上表格是interrupt暫存器偏移地址，讀者想了解詳細暫存器相關資訊請參考官方晶片手冊。

適配systick

樹莓派2B通過Timer(arm side)來觸發systick中斷。具體操作細節請參考檔案：drivers\timer\rasp_systick.c。

/* systime=250000000 */
timer->preDivider = (OS_SYS_CLOCK / OS_SYS_US_PER_SECOND - 1);
timer->reload   = 0;    
timer->load     = 0;    
timer->IRQClear = 0;    
timer->control  = 0;    
timer->reload   = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;    
timer->load     = LOSCFG_BASE_CORE_TICK_PER_SECOND;    
/* 23-bit counter, enable interrupt, enable timer */    timer->control = (1 << 1) | (1 << 5) | (1 << 7);    
UINT32 ret = LOS_HwiEnable(ARM_TIMER_INI);

以上程式碼配置定時器Timer為每1ms觸發一次systick中斷。

以上是Timer暫存器偏移地址，讀者想了解詳細暫存器相關資訊請參考官方晶片手冊。

配置編譯

在targets目錄下新增kconfig.raspberry檔案：

ConfigLOSCFG_PLATFORM
    config LOSCFG_PLATFORM
    string
    default "Raspberry_Pi2B"      if LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
choice
    prompt "Board"
    depends on LOSCFG_FAMILY_RASPBERRY
    default LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
    help
      Raspberry_Pi2B
config LOSCFG_PLATFORM_Raspberry_Pi2B
    bool "Raspberry_Pi2B"
    select LOSCFG_ARCH_CORTEX_A7
    select LOSCFG_USING_BOARD_LD
    select LOSCFG_PLATFORM_ARM_CONTROL
    select LOSCFG_Raspberry_Pi2B_SYSTICK
endchoice

修改Makefile檔案

分別修改以下路徑Makefile（詳情請參考gitee倉庫對應檔案）：driver/timer/Makefiledriver/interrupt/Makefiletargets/Raspberry_Pi2B/Makefile

新增.img生成指令

在根目錄下Makefile中新增指令$(OBJCOPY) -O binary $(OUT)/[email protected] $(OUT)/kernel7.img，用來將生成的elf檔案轉換生成kernel7.img檔案。

製作啟動SDcard

使用Raspberry Pi Imager工具製作Raspberry Pi系統。

Raspberry Pi Imager下載連結：https://www.raspberrypi.org/software/

將編譯生成的kernel7.img檔案替換掉SDcard中kernel7.img檔案。
將寫入映象檔案的SDcard插入樹莓派2B中並上電，樹莓派2B即可執行LiteOS系統。執行結果如下：

********Hello Huawei LiteOS********
LiteOS Kernel Version : 5.1.0
build data : Jul 13 2021 16:40:42
**********************************
OsAppInit
cpu 0 entering scheduler
app init!
Hello, welcome to liteos demo!
Huawei LiteOS #

至此，LiteOS系統成功啟動和執行。該移植工程已經在GiteeLiteOS社群上線，相關程式碼連結地址為：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/Raspberry_Pi2B

參考文獻連結

[1]Raspberry Pihardware - Raspberry Pi Documentation：https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/README.md

[2]樹莓派官方晶片手冊：

https://datasheets.raspberrypi.org/bcm2835/bcm2835-peripherals.pdf

[3] Cortex-A7MPCoreTechnical Reference Manual：

https://developer.arm.com/documentation/ddi0464/f?lang=en

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