LiteOS樹莓派移植指南（二)

移植介紹

對于嵌入式設備，由于芯片型號和外設差異較大，且資源有限，所以物聯網操作系統無法像 Windows/Linux 那樣適配集成所有驅動，因此通常會先適配部分芯片/開發板。為了讓操作系統運行在其他芯片/開發板上，首先需要進行移植。

硬件信息

開發板：Raspberry Pi 3 Model B（樹莓派3B）

CPU：Broadcom BCM2837

主頻：1.2GHz

內存：1GB

Gpu: VideoCore IV GPU

移植準備

由于armv8-A AArch32 完全向后兼容armv7，因此可以通過參考樹莓派2B《LiteOS樹莓派移植指南》來適配樹莓派3B。

硬件環境

本次移植使用了Raspberry Pi 3 Model B開發板、USB轉TTL模塊、SDcard和讀卡器。

軟件環境

本次移植需要先按照碼云(gitee)上的LiteOS教程搭建好linux開發環境（make、arm-none-eabi編譯工具鏈）。環境搭建教程為：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/blob/master/doc/LiteOS_Build_and_IDE.md。

本次移植需要下載樹莓派官方的鏡像制作工具（Raspberry Pi Imager），

-為：https://www.raspberrypi.org/software/ 。

移植步驟

在Raspberry_Pi3B開發板上移植適配LiteOS的主要步驟如下：

創建目錄結構

在targets目錄下復制Raspberry_Pi2B目錄并重命名為Raspberry32_Pi3B?？截恡argets\qemu-virt-a53\include\asm\dma.h文件到Raspberry32_Pi3B\include\asm目錄下：

目錄/文件

說明

Inc

芯片外設配置的頭文件

include

系統相關配置頭文件

os_adapt

適配的接口文件

Src

芯片外設配置的源文件

liteos.ld

當前開發板工程的鏈接文件

Makefile

當前開發板工程的Makefile

los_startup_gcc.S

芯片啟動文件

表1 目錄結構

設置異常向量表

在los_startup_gcc.S中設置System Control Register寄存器的第13bit為0，表示異常向量表的基地址從0開始。代碼如下所示：

/* set vector base 0x00000000 */ mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 bic r0, #(1 << 13) mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0

System Control Register寄存器第13bit如下所示：

[13]

V

V Vectors bit. This bit selects the base address of the exception vectors:

0：Normal exception vectors, base address 0x00000000. Software can remap this base address usingthe VBAR.

1：High exception vectors, base address 0xFFFF0000. This base address is never remapped.The primary input VINITHI defines the reset value of the V bit.

添加MMU功能

MMU（Memory Management Unit）：主要用于虛擬地址到物理地址的轉換和訪問權限控制。更多MMU功能請參考文末鏈接。

? 設置L1頁表表項

在main.c增加如下設置L1頁表表項代碼（本次MMU只涉及L1頁表），將4G虛擬內存線性映射到物理地址。

VOID MmuSectionInit(VOID) { UINT32 ttbBase = (UINTPTR)g_firstPageTable; /* First clear all TT entries - ie Set them to Faulting */ (VOID)memset_s((VOID *)(UINTPTR)ttbBase, MMU_16K, 0, MMU_16K); /* Set all mem 4G as uncacheable & rw first */ X_MMU_SECTION(0, 0, (MMU_4G >> SHIFT_1M), UNCACHEABLE, UNBUFFERABLE, ACCESS_RW, NON_EXECUTABLE, D_CLIENT); X_MMU_SECTION(0, 0, ((AUX_BASE - 1) >> SHIFT_1M), CACHEABLE, BUFFERABLE, ACCESS_RW, EXECUTABLE, D_CLIENT); }

? 在los_startup_gcc.S文件中添加以下代碼開啟MMU

1.無效TLB所有表項

mcr p15, #0, r0, c8, c7, #0

注：TLB（Translation Lookaside Buffer）相當于頁表的Cache。

2.設置DOMAIN0和DOMAIN01的訪問權限

mov r0, #(DOMAIN0 | (DOMAIN1 << 2)) mcr p15, 0, r0, c3, c0

注：CP15中的寄存器C3定義了ARM處理器的16個域的訪問權限。（具體請參考文末相關文檔）

3.設置MMU L1頁表基地址

ldr r0, =g_firstPageTable mcr p15, #0, r0, c2, c0, #0

4.開啟MMU和cache

/* enable mmu */ mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0 orr r0, r0, #1 mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0 /* enable icache */ mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0 orr r0, r0, #(1 << ICACHE_BIT) mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0 mrc p15, #0, r0, c1, c0, #0 orr r0, r0, #(1 << DCACHE_BIT) mcr p15, #0, r0, c1, c0, #0

注：更多協處理器請參考鏈接：https://developer.arm.com/documentation/ddi0464/f?lang=en 。

添加SMP功能

? 在los_startup_gcc.S文件中增加如下代碼：

1. 增加獲取cpu id代碼

mrc p15, 0, r11, c0, c0, 5 and r11, r11, #MPIDR_CPUID_MASK

MPIDR寄存器bit[1:0]如下所示：

[1:0]

CPU ID

Indicates the processor number in the Cortex-A7 MPCore processor. For:

? One processor, the CPU ID is 0x0.

? Two processors, the CPU IDs are 0x0 and 0x1.

? Three processors, the CPU IDs are 0x0, 0x1, and 0x2.

? Four processors, the CPU IDs are 0x0, 0x1, 0x2, and 0x3.

2.增加如下判斷（用于避免全局資源重復初始化）：

cmp r11, #0 bne excstatck_loop_done

3. 增加其他核入口（secondary_cpu_start函數具體實現請參考main.c中的實現）：

cpu_start: #ifdef LOSCFG_APC_ENABLE bl setup_mmu #ifdef LOSCFG_KERNEL_SMP bl secondary_cpu_start #endif #endif b .

? 在main.c中添加如下代碼：

for (coreId = 1; coreId < LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM; coreId++) { /* per cpu 4 mailbox */ mailbox->writeSet[coreId * 4 + MAILBOX3_IRQ - MAILBOX0_IRQ] = (UINT32)reset_vector; asm volatile ("sev"); } while (LOS_AtomicRead(&g_cpuNum) < LOSCFG_KERNEL_CORE_NUM) { asm volatile("wfe"); }

注：主核通過mailbox機制喚醒其他核，并等待其他核啟動。

? 在drivers/interrupt/arm_control.c文件添加ipi中斷代碼。參考樹莓派官方芯片手冊中的mailbox機制來實現HalIrqSendIpi函數和HalSmpIrqInit函數。

適配編譯配置

? 在targets/kconfig.raspberry文件添加如下代碼：

config LOSCFG_PLATFORM_RASPBERRY32_PI3B bool "Raspberry32_Pi3B" select LOSCFG_ARCH_CORTEX_A53_AARCH32 select LOSCFG_USING_BOARD_LD select LOSCFG_PLATFORM_ARM_CONTROL select LOSCFG_RASPBERRY_PI_SYSTICK

? 修改以下Makefile：

driver/timer/Makefile driver/interrupt/Makefile targets/Raspberry32_Pi3B/Makefile

注：樹莓派3B開啟SMP功能后systick使用generic time，否則使用arm side timer。

制作啟動SDcard

使用Raspberry Pi Imager工具制作Raspberry Pi系統。

Raspberry Pi Imager 下載鏈接：https://www.raspberrypi.org/software/

? 將編譯生成的kernel7.img文件替換掉SDcard中kernel7.img文件。

? 將寫入鏡像文件的SDcard插入樹莓派3B中并上電，樹莓派3B即可運行LiteOS系統。

運行結果如下：

********Hello Huawei LiteOS******** LiteOS Kernel Version : 5.1.0 Processor : Cortex-A53 * 4 Run Mode : SMP build time : Aug 21 2021 10:15:24 ********************************** OsAppInit cpu 0 entering scheduler cpu 1 entering scheduler cpu 2 entering scheduler cpu 3 entering scheduler Huawei LiteOS #

至此，LiteOS系統成功啟動和運行。該移植工程已經在Gitee LiteOS社區上線，

相關代碼鏈接地址為：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/Raspberry32_Pi3B 。

相關文檔地址

MMU 訪問權限控制：https://blog.csdn.net/llf021421/article/details/6330102

MMU 訪問權限控制：https://blog.csdn.net/llf021421/article/details/6330102

MMU cache和writebuffer：https://blog.csdn.net/fcglx/article/details/87924578

MMU 頁表：https://blog.csdn.net/czg13548930186/article/details/74979222

樹莓派官方芯片手冊：

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

結語

至此，LiteOS系統成功啟動和運行。該移植工程已經在Gitee LiteOS社區上線，相關代碼鏈接地址為：https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/tree/master/targets/APM32F103_Geehy

感謝您的閱讀，有任何問題、建議，都可以留言給我們，讓我們一起進步：

https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/issues

為了更容易找到“LiteOS”代碼倉，建議訪問https://gitee.com/LiteOS/LiteOS，關注“ Watch”、“Star”、并“Fork”到自己賬號下，如下圖。

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