嵌入式实时操作系统Nucleus PLUS在S3C2410A上移植的实现

　　引言

　　Nucleus PLUS|0">Nucleus PLUS是美国ATI 公司为实时性要求较高的嵌入式系统应用设计的操作系统内核。约95%的Nucleus PLUS代码用ANSI C语言编写，因此，非常便于移植并能够支持大多数类型的微处理器，如X86、68K、PowerPC、MIPS、ARM等。经过截减编译后，Nucleus PLUS 核心代码区一般不超过20KB大小。 同时提供TCP/IP网络、图形界面Grafix、文件系统File等模块。还有一个特点就是免费提供源代码，有利于节省开发费用。

　　S3C2410A是三星公司推出的基于ARM920T内核高性能低功耗16/32位RISC微控制器，内部集成了丰富的系统外围控制器。配合Nucleus PLUS操作系统可方便地开发出适于手持设备和各种低功耗产品的应用程序，加快新产品的上市时间。

　　Nucleus PLUS启动过程

　　嵌入式实时操作系统内核Nucleus PLUS的启动过程如图1所示。其中板级初始化(INT_Initialize)主要是完成中断向量表、系统堆栈、时钟中断等基本硬件初始化；操作系统初始化(INC_Initialize)主要是完成邮箱、队列、管道、信号量、事件集等软件组件初始化；应用程序初始化(Application_Initialize (first_available_memory))主要是完成用户定义的应用程序初始化，如创建内存池，创建任务、创建信号量、创建中断、编写用户应用程序等。移植的过程中，需要修改的是板级初始化(INT_Initialize)这部分内容，它是由ARM汇编语言编写的，下面详细叙述。

图1 Nucleus PLUS 启动过程

　　Nucleus PLUS移植过程

　　INT-Reset子程序修改

　　INT_Reset是Nucleus PLUS启动时的程序入口，因为根据ARM微处理器的体系结构，在系统硬件上电或复位后，ARM所执行的第一条指令在地址0x00000000，即ARM的复位异常(Reset)向量地址，所以在这个地址要放置一个跳转指令：B INT_Reset 。

　　在INT_Reset这个子程序中放置的是硬件初始化程序，完成两个功能：

　　1. 改变ARM工作模式为管理模式(Supervisor Mode)，管理模式是ARM提供给操作系统使用的一种保护模式；

　　2. 屏蔽FIQ和IRQ中断，因为在整个系统初始化的过程中，不能被中断打断，只有在中断服务子程序初始化结束后，才可以打开中断，进而响应中断。

　　 INT_Reset

　　　MRS R1,CPSR

　　　BIC R1,R1,#MODE_MASK

　　　ORR R1,R1,#SUP_MODE

　　　ORR R1,R1,#LOCKOUT

　　　MSR CPSR_cxsf,R1

　　建立异常向量表和中断向量表

　　根据ARM的体系结构，ARM有7种类型的异常(Exception)，每种异常都有各自入口地址，即异常向量表(Exception Vectors)。异常向量表放置在从0X00000000地址开始，连续32字节的空间内。S3C2410A共有56个中断源，但有些中断源共用一个中断向量，所以只要求创建包含32个中断源的中断向量表。

　　INT_Vectors

　　LDR PC, INT_Reset_Addr

　　LDR PC, INT_Undef_Addr

　　LDR PC, INT_Software_Addr

　　LDR PC, INT_Prefetch_Addr

　　LDR PC, INT_Data_Addr

　　LDR PC, INT_Reserved_Addr

　　LDR PC, INT_IRQ_Addr

　　LDR PC, INT_FIQ_Addr


　　配置存储器控制器和MMU

　　MMU(Memory Manage Unit)是存储器管理单元的缩写，用来实现虚拟地址到实际物理地址的映射。它是ARM的一部分，本身有少量存储空间放置从虚拟地址到物理地址的匹配表，即转换旁置缓冲区 (TLBs－Translation Lookaside Buffers)。MMU实现两个主要功能，将虚拟地址转换成物理地址和控制存储器的存取使能。

　　通过配置S3C2410A的存储器控制器来初始化S3C2410A目标板的外围存储器。主要是设置存储器类型、总线宽度、信息，重点是对SDRAM进行设置，如列地址数、信号线时序等。

　　堆栈初始化

　　C和ARM汇编源文件经过ARM开发环境ADS1.2编译链接后，生成的映像(Image)文件包含RO(只读代码、数据段)、RW(可读写数据段)和ZI(将要初始化为0 的段)三个输出段。当映像文件加载到flash中的时，RO段和RW段在Flash中的位置见图2(a)，其中|Image$$RO$$Base|是RO段的开始地址，也是包含RO输出段的加载和执行地址，可以在ARM Linker中设置，即-ro-base的值，从flash启动时，这个值设置为0x00000000，ZI段不需要加载到flash中。当硬件电路复位后，映像文件中的RW段需要从Flash中拷贝到SDRAM内，同时要将ZI输出段的内容需要用"0"进行初始化，此时输出段在存储区内的位置见图2(b)。|Image$$RW$$Base|是包含RW输出段的执行地址，这个地址值也需要在ARM Linker中设置，即-rw-base的值，一般将-rw-base的值设置到SDRAM的地址范围内，在这里设置为SDRAM的首地址0x30000000。在Nucleus PLUS移植的过程中要编写代码，完成以上操作过程。